El tratamiento criogénico del cortador PDC.

La cortadora PDC es un material compuesto con excelentes propiedades que se obtiene sinterizando polvo de diamante con un sustrato de carburo cementado utilizando tecnología de alta temperatura y alta presión (HTHP).

El cortador PDC tiene una excelente conductividad térmica, dureza ultra alta y resistencia al desgaste, así como alta resistencia, alta tenacidad al impacto y fácil de soldar.

La capa de diamante policristalino está soportada por un sustrato de carburo cementado, que puede absorber la gran carga de impacto y evitar daños graves durante el trabajo. Por lo tanto, el PDC se utilizó ampliamente para fabricar herramientas de corte, brocas para pozos geológicos y de petróleo y gas, y otras herramientas resistentes al desgaste.

En el campo de perforación de petróleo y gas, más del 90% del material total de perforación se completa con brocas PDC. Las brocas PDC se utilizan normalmente para la perforación de formaciones de roca blanda a medianamente dura. Cuando se trata de perforación profunda, todavía existen problemas de vida corta y baja ROP.

En formaciones complejas y profundas, las condiciones de trabajo de la broca PDC son muy duras. Las principales formas de falla de la pieza compuesta incluyen macrofracturas como dientes rotos y astillas causadas por el impacto causado por la broca que recibe una gran carga de impacto, y la temperatura excesiva del fondo del pozo que causa las piezas compuestas. La reducida resistencia al desgaste de la lámina provoca el desgaste térmico de la lámina compuesta de PDC. La falla mencionada anteriormente de la lámina compuesta de PDC afectará en gran medida su vida útil y eficiencia de perforación.

¿Qué es el tratamiento criogénico?

El tratamiento criogénico es una extensión del calor convencional. Utiliza nitrógeno líquido y otros refrigerantes como medios de enfriamiento para enfriar los materiales a una temperatura muy por debajo de la temperatura ambiente (-100~-196°C) para mejorar su rendimiento.

Muchos estudios existentes han demostrado que el tratamiento criogénico puede mejorar en gran medida las propiedades mecánicas del acero, las aleaciones de aluminio y otros materiales. Después del tratamiento criogénico, en estos materiales se produce el fenómeno de intensificación de la precipitación. El tratamiento criogénico puede mejorar la resistencia a la flexión, la resistencia al desgaste y el rendimiento de corte de las herramientas de carburo cementado, acompañado de una mejora efectiva de la vida útil. Investigaciones relevantes también han demostrado que el tratamiento criogénico puede mejorar la resistencia a la compresión estática de las partículas de diamante; la razón principal del aumento de la resistencia es el cambio del estado de tensión residual.

Pero, ¿podemos mejorar el rendimiento del cortador de PDC mediante un tratamiento criogénico? En este momento existen pocos estudios relevantes.

El método de tratamiento criogénico.

Un método de tratamiento criogénico para cortadores de PDC, las operaciones son:

(1) Coloque los cortadores de PDC a temperatura ambiente en un horno de tratamiento criogénico;

(2) Encienda el horno de tratamiento criogénico, pase nitrógeno líquido y use control de temperatura para reducir la temperatura en el horno de tratamiento criogénico a -30 ℃ a una velocidad de -3 ℃/min; cuando la temperatura alcance -30 ℃, se reducirá a -1 ℃/min. Reducir a -120 ℃; después de que la temperatura alcance -120 ℃, reduzca la temperatura a -196 ℃ a una velocidad de -0,1 ℃/min;

(3) Mantenerlo durante 24 horas a una temperatura de -196°C;

(4) Luego aumente la temperatura a -120°C a una velocidad de 0,1°C/min, luego bájela a -30°C a una velocidad de 1°C/min y finalmente redúzcala a temperatura ambiente a una velocidad de 3°C/min;

(5) Repita la operación anterior dos veces para completar el tratamiento criogénico de los cortadores de PDC.

Se probó la relación de desgaste de la muela abrasiva del cortador de PDC tratado criogénicamente y del cortador de PDC sin tratar. Los resultados de las pruebas mostraron que las proporciones de desgaste fueron 3380000 y 4800000 respectivamente. Los resultados de las pruebas mostraron que después de un enfriamiento profundo, la relación de desgaste del cortador de PDC tratado en frío es significativamente menor que la del cortador de PDC sin tratamiento criogénico.

Además, las láminas compuestas de PDC tratadas criogénicamente y sin tratar se soldaron a la matriz y se perforaron durante 200 m en la misma sección de pozos adyacentes con los mismos parámetros de perforación. La ROP de perforación mecánica de una broca aumenta en un 27,8% usando PDC tratado criogénicamente en comparación con una que no usa un cortador de PDC tratado criogénicamente.

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