I. سایش حرارتی و حذف کبالت از PDC
در فرآیند پخت فشار بالای PDC، کبالت به عنوان کاتالیزور عمل می‌کند تا ترکیب مستقیم الماس و الماس را تقویت کند و لایه الماس و ماتریس کاربید تنگستن را به یک کل تبدیل کند، در نتیجه دندانه‌های برش PDC مناسب برای حفاری زمین‌شناسی میدان نفتی با چقرمگی بالا و مقاومت عالی در برابر سایش ایجاد می‌شوند.
مقاومت حرارتی الماس کاملاً محدود است. تحت فشار اتمسفر، سطح الماس می‌تواند در دمای حدود ۹۰۰ درجه سانتیگراد یا بالاتر تغییر شکل دهد. در حین استفاده، PDC های سنتی تمایل دارند در حدود ۷۵۰ درجه سانتیگراد تخریب شوند. هنگام حفاری در لایه‌های سنگی سخت و ساینده، PDC ها به دلیل گرمای اصطکاکی می‌توانند به راحتی به این دما برسند و دمای لحظه‌ای (یعنی دمای موضعی در سطح میکروسکوپی) می‌تواند حتی بالاتر باشد، بسیار بیشتر از نقطه ذوب کبالت (۱۴۹۵ درجه سانتیگراد).
در مقایسه با الماس خالص، به دلیل وجود کبالت، الماس در دماهای پایین‌تر به گرافیت تبدیل می‌شود. در نتیجه، سایش الماس در اثر گرافیتی شدن ناشی از گرمای اصطکاکی موضعی ایجاد می‌شود. علاوه بر این، ضریب انبساط حرارتی کبالت بسیار بیشتر از الماس است، بنابراین در حین گرم شدن، پیوند بین دانه‌های الماس می‌تواند با انبساط کبالت مختل شود.
در سال ۱۹۸۳، دو محقق عملیات حذف الماس را روی سطح لایه‌های الماس استاندارد PDC انجام دادند که به طور قابل توجهی عملکرد دندانه‌های PDC را افزایش داد. با این حال، این اختراع توجه لازم را که شایسته آن بود، دریافت نکرد. تا بعد از سال ۲۰۰۰، با درک عمیق‌تر از لایه‌های الماس PDC، تأمین‌کنندگان مته شروع به استفاده از این فناوری در دندانه‌های PDC مورد استفاده در حفاری سنگ نکردند. دندانه‌های تحت درمان با این روش برای سازندهای بسیار ساینده با سایش مکانیکی حرارتی قابل توجه مناسب هستند و معمولاً به عنوان دندانه‌های "کبالت‌زدایی شده" شناخته می‌شوند.
به اصطلاح "د-کبالت" به روش سنتی برای ساخت PDC ساخته می‌شود و سپس سطح لایه الماس آن در اسید قوی غوطه‌ور می‌شود تا فاز کبالت از طریق فرآیند اچینگ اسیدی حذف شود. عمق حذف کبالت می‌تواند به حدود 200 میکرون برسد.
یک آزمایش سایش سنگین بر روی دو دندانه PDC یکسان (که یکی از آنها تحت عملیات حذف کبالت روی سطح لایه الماس قرار گرفته بود) انجام شد. پس از برش 5000 متر مربع گرانیت، مشخص شد که نرخ سایش PDC بدون حذف کبالت به شدت افزایش می‌یابد. در مقابل، PDC با حذف کبالت، سرعت برش نسبتاً پایداری را در حین برش تقریباً 15000 متر مربع سنگ حفظ کرد.
2. روش تشخیص PDC
دو نوع روش برای تشخیص دندان‌های PDC وجود دارد، یعنی آزمایش مخرب و آزمایش غیر مخرب.
۱. آزمایش مخرب
این آزمایش‌ها برای شبیه‌سازی شرایط درون چاهی تا حد امکان واقع‌بینانه در نظر گرفته شده‌اند تا عملکرد دندانه‌های برش را در چنین شرایطی ارزیابی کنند. دو شکل اصلی آزمایش مخرب، آزمایش‌های مقاومت در برابر سایش و آزمایش‌های مقاومت در برابر ضربه هستند.
(1) آزمون مقاومت در برابر سایش
سه نوع تجهیزات برای انجام آزمایش‌های مقاومت به سایش PDC استفاده می‌شود:
الف) ماشین تراش عمودی (VTL)
در طول آزمایش، ابتدا مته PDC را به دستگاه تراش VTL ثابت کنید و یک نمونه سنگ (معمولاً گرانیت) را در کنار مته PDC قرار دهید. سپس نمونه سنگ را با سرعت مشخصی حول محور تراش بچرخانید. مته PDC نمونه سنگ را با عمق مشخصی برش می‌دهد. هنگام استفاده از گرانیت برای آزمایش، این عمق برش عموماً کمتر از 1 میلی‌متر است. این آزمایش می‌تواند خشک یا مرطوب باشد. در "آزمایش VTL خشک"، هنگامی که مته PDC سنگ را برش می‌دهد، هیچ خنک‌کننده‌ای اعمال نمی‌شود. تمام گرمای اصطکاکی تولید شده وارد PDC می‌شود و فرآیند گرافیتی شدن الماس را تسریع می‌کند. این روش آزمایش هنگام ارزیابی مته‌های PDC در شرایطی که نیاز به فشار حفاری بالا یا سرعت چرخش بالا دارند، نتایج بسیار خوبی به همراه دارد.
«آزمایش VTL مرطوب» با خنک کردن دندانه‌های PDC با آب یا هوا در طول آزمایش، عمر PDC را در شرایط گرمایش متوسط تشخیص می‌دهد. بنابراین، منبع اصلی سایش این آزمایش، آسیاب کردن نمونه سنگ است نه عامل گرمایش.
ب، تراش افقی
این آزمایش همچنین با گرانیت انجام می‌شود و اصول آزمایش اساساً مشابه VTL است. زمان آزمایش فقط چند دقیقه است و شوک حرارتی بین دندانه‌های گرانیت و PDC بسیار محدود است.
پارامترهای آزمایش گرانیت که توسط تأمین‌کنندگان تجهیزات PDC استفاده می‌شوند، متفاوت خواهند بود. به عنوان مثال، پارامترهای آزمایش مورد استفاده توسط Synthetic Corporation و DI Company در ایالات متحده دقیقاً یکسان نیستند، اما آنها از ماده گرانیتی یکسانی برای آزمایش‌های خود استفاده می‌کنند، یک سنگ آذرین پلی کریستالی درشت تا متوسط با تخلخل بسیار کم و مقاومت فشاری 190 مگاپاسکال.
ج. ابزار اندازه‌گیری نسبت سایش
تحت شرایط مشخص شده، لایه الماس PDC برای تراشیدن چرخ سنگزنی کاربید سیلیکون استفاده می‌شود و نسبت میزان سایش چرخ سنگزنی و میزان سایش PDC به عنوان شاخص سایش PDC در نظر گرفته می‌شود که به آن نسبت سایش می‌گویند.
(2) آزمون مقاومت در برابر ضربه
روش آزمایش ضربه شامل نصب دندانه‌های PDC با زاویه ۱۵ تا ۲۵ درجه و سپس رها کردن یک جسم از ارتفاع مشخص برای برخورد عمودی به لایه الماس روی دندانه‌های PDC است. وزن و ارتفاع جسم در حال سقوط، سطح انرژی ضربه‌ای را که دندانه آزمایش متحمل می‌شود، نشان می‌دهد که می‌تواند به تدریج تا ۱۰۰ ژول افزایش یابد. هر دندانه را می‌توان ۳ تا ۷ بار ضربه زد تا زمانی که دیگر نتوان آن را آزمایش کرد. به طور کلی، حداقل ۱۰ نمونه از هر نوع دندانه در هر سطح انرژی آزمایش می‌شوند. از آنجایی که مقاومت دندانه‌ها در برابر ضربه محدوده‌ای دارد، نتایج آزمایش در هر سطح انرژی، میانگین مساحت خرد شدن الماس پس از ضربه برای هر دندانه است.
۲. آزمایش غیرمخرب
پرکاربردترین تکنیک تست غیرمخرب (به غیر از بازرسی چشمی و میکروسکوپی) اسکن اولتراسونیک (Cscan) است.
فناوری اسکن C می‌تواند نقص‌های کوچک را تشخیص داده و محل و اندازه نقص‌ها را تعیین کند. هنگام انجام این آزمایش، ابتدا دندان PDC را در مخزن آب قرار دهید و سپس با یک پروب اولتراسونیک اسکن کنید.
این مقاله از «شبکه بین‌المللی فلزکاری«
زمان ارسال: ۲۱ مارس ۲۰۲۵
