PDC'nin termal aşınması ve kobalt giderimi

I. PDC'nin termal aşınması ve kobalt giderimi

PDC'nin yüksek basınçlı sinterleme sürecinde, kobalt, elmas ve elmasın doğrudan birleşmesini teşvik etmek ve elmas tabakasının ve tungsten karbür matrisinin bir bütün haline gelmesini sağlamak için bir katalizör görevi görür ve bu da yüksek tokluk ve mükemmel aşınma direncine sahip petrol sahası jeolojik sondajı için uygun PDC kesme dişleriyle sonuçlanır.

Elmasların ısı direnci oldukça sınırlıdır. Atmosferik basınç altında, elmasın yüzeyi yaklaşık 900°C veya daha yüksek sıcaklıklarda dönüşebilir. Geleneksel PDC'ler kullanım sırasında yaklaşık 750°C'de bozulma eğilimindedir. Sert ve aşındırıcı kaya katmanlarında delme işlemi sırasında, PDC'ler sürtünme ısısı nedeniyle bu sıcaklığa kolayca ulaşabilir ve anlık sıcaklık (yani mikroskobik düzeydeki yerel sıcaklık) kobaltın erime noktasını (1495°C) çok aşarak daha da yüksek olabilir.

Saf elmasa kıyasla, kobaltın varlığı nedeniyle elmas daha düşük sıcaklıklarda grafite dönüşür. Sonuç olarak, elmasta aşınma, lokal sürtünme ısısından kaynaklanan grafitleşme nedeniyle meydana gelir. Ayrıca, kobaltın termal genleşme katsayısı elmastan çok daha yüksektir, bu nedenle ısıtma sırasında elmas taneleri arasındaki bağ, kobaltın genleşmesiyle bozulabilir.

1983 yılında iki araştırmacı, standart PDC elmas katmanlarının yüzeyinde elmas çıkarma işlemi uygulayarak PDC dişlerinin performansını önemli ölçüde artırdı. Ancak bu buluş hak ettiği ilgiyi görmedi. PDC elmas katmanları hakkında daha derin bir anlayışa sahip olan matkap tedarikçileri, ancak 2000 yılında bu teknolojiyi kaya delmede kullanılan PDC dişlerine uygulamaya başladı. Bu yöntemle tedavi edilen dişler, önemli termal mekanik aşınmaya sahip yüksek aşındırıcı oluşumlar için uygundur ve genellikle "kobaltsız" dişler olarak adlandırılır.

"Kobaltsızlaştırma" olarak adlandırılan yöntem, PDC yapımında geleneksel yöntemle yapılır ve ardından elmas tabakasının yüzeyi, asit aşındırma işlemiyle kobalt fazını çıkarmak için güçlü aside batırılır. Kobalt giderme derinliği yaklaşık 200 mikrona ulaşabilir.

İki özdeş PDC dişi üzerinde (biri elmas tabaka yüzeyinde kobalt giderme işlemi görmüş) ağır hizmet tipi aşınma testi yapılmıştır. 5000 m granit kesildikten sonra, kobalt giderilmemiş PDC'nin aşınma oranının keskin bir şekilde artmaya başladığı görülmüştür. Buna karşılık, kobalt giderilmiş PDC, yaklaşık 15000 m kayayı keserken nispeten sabit bir kesme hızı korumuştur.

2. PDC'nin tespit yöntemi

PDC dişlerin tespiti için tahribatlı ve tahribatsız muayene olmak üzere iki yöntem kullanılmaktadır.

1. Tahribatlı test

Bu testler, sondaj kuyusu koşullarını mümkün olduğunca gerçekçi bir şekilde simüle ederek kesici dişlerin bu koşullar altındaki performansını değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Tahribatlı testlerin iki ana türü, aşınma direnci testleri ve darbe direnci testleridir.

(1) Aşınma direnci testi

PDC aşınma direnci testlerini gerçekleştirmek için üç tip ekipman kullanılır:

A. Dikey torna tezgahı (VTL)

Test sırasında, önce PDC ucunu VTL torna tezgahına sabitleyin ve yanına bir kaya numunesi (genellikle granit) yerleştirin. Ardından kaya numunesini torna ekseni etrafında belirli bir hızda döndürün. PDC ucu, kaya numunesini belirli bir derinlikte keser. Test için granit kullanıldığında, bu kesme derinliği genellikle 1 mm'den azdır. Bu test kuru veya ıslak olarak yapılabilir. "Kuru VTL testinde", PDC ucu kayayı keserken soğutma uygulanmaz; oluşan tüm sürtünme ısısı PDC'ye girerek elmasın grafitleşme sürecini hızlandırır. Bu test yöntemi, yüksek delme basıncı veya yüksek dönme hızı gerektiren koşullar altında PDC uçlarının değerlendirilmesinde mükemmel sonuçlar verir.

"Islak VTL testi", test sırasında PDC dişlerini su veya hava ile soğutarak orta düzeyde ısıtma koşulları altında PDC'nin ömrünü tespit eder. Bu nedenle, bu testin ana aşınma kaynağı ısıtma faktörü değil, kaya numunesinin öğütülmesidir.

B, yatay torna tezgahı

Bu test de granit ile gerçekleştirilir ve testin prensibi temel olarak VTL ile aynıdır. Test süresi sadece birkaç dakikadır ve granit ile PDC dişleri arasındaki termal şok oldukça sınırlıdır.

PDC ekipman tedarikçilerinin kullandığı granit test parametreleri değişiklik gösterecektir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Synthetic Corporation ve DI Company'nin kullandığı test parametreleri tam olarak aynı olmasa da, testlerinde aynı granit malzemeyi kullanırlar; bu malzeme, çok az gözenekliliğe ve 190 MPa basınç dayanımına sahip, iri ila orta dereceli polikristalin magmatik bir kayaçtır.

C. Aşınma oranı ölçüm cihazı

Belirtilen koşullar altında, PDC'nin elmas tabakası silisyum karbür taşlama taşını düzeltmek için kullanılır ve taşlama taşının aşınma oranı ile PDC'nin aşınma oranının oranı, PDC'nin aşınma indeksi olarak alınır ve buna aşınma oranı denir.

(2) Darbe direnci testi

Darbe testi yöntemi, PDC dişlerinin 15-25 derecelik bir açıyla yerleştirilmesini ve ardından belirli bir yükseklikten bir nesnenin düşürülerek PDC dişleri üzerindeki elmas tabakasına dikey olarak çarpmasını içerir. Düşen nesnenin ağırlığı ve yüksekliği, test dişinin maruz kaldığı darbe enerjisi seviyesini gösterir ve bu seviye kademeli olarak 100 joule'a kadar artabilir. Her diş, daha fazla test yapılamayana kadar 3-7 kez darbeye maruz kalabilir. Genellikle, her enerji seviyesinde her diş tipinden en az 10 numune test edilir. Dişlerin darbeye karşı direncinde bir aralık olduğundan, her enerji seviyesindeki test sonuçları, her diş için darbe sonrası ortalama elmas parçalanma alanını temsil eder.

2. Tahribatsız muayene

Tahribatsız muayene tekniklerinden (görsel ve mikroskobik muayene dışında) en yaygın kullanılanı ultrasonik tarama (Cscan) tekniğidir.

C tarama teknolojisi, küçük kusurları tespit ederek kusurların yerini ve boyutunu belirleyebilir. Bu testi yaparken, önce PDC dişini bir su deposuna yerleştirin ve ardından ultrasonik bir probla tarayın;

Bu makale “Uluslararası Metal İşleme Ağı"