Cortador de broca de diamante policristalino térmicamente estable

Los cortadores de brocas de diamante policristalino térmicamente estables se introdujeron cuando se descubrió que los cortadores de brocas de PDC a veces se astillaban durante la perforación. Esta falla se debió a tensiones internas causadas por la expansión diferencial del diamante y el material aglutinante.

El cobalto es el aglutinante más utilizado en productos PCD sinterizados. Este material tiene un coeficiente térmico de expansión de 1,2 x 10 ^-5 grados. C en comparación con 2,7 x 10 ^-6 para el diamante. Por lo tanto, el cobalto se expande más rápido que el diamante. A medida que la temperatura general del cortador sube por encima de los 730 °C, las tensiones internas causadas por las diferentes tasas de expansión conducen a graves grietas intergranulares, macroastillado y fallas rápidas del cortador.

Estas temperaturas son mucho más altas que las temperaturas que se encuentran en el fondo del pozo (típicamente 100 grados C a 8000 pies). Surgen del rozamiento generado por la acción de cizallamiento por la que estos pedacitos cortan la roca.

Esta barrera de temperatura de 730 grados C presentó serias barreras para mejorar el rendimiento de las brocas de corte PCD.

Los fabricantes experimentaron con la mejora de la estabilidad térmica de los cortadores y se desarrollaron cortadores de brocas de diamante policristalino térmicamente estables.

Estos cortadores de brocas son más estables a temperaturas más altas porque se ha eliminado el aglutinante de cobalto y esto elimina las tensiones internas causadas por la expansión diferencial. Dado que la mayor parte del aglutinante está interconectado, el tratamiento prolongado con ácidos puede filtrar la mayor parte. Los enlaces entre las partículas de diamante adyacentes no se ven afectados y retienen entre el 50 y el 80 % de la fuerza de los compactos. El PCD lixiviado es térmicamente estable en atmósferas inertes o reductoras a 1200 °C pero se degradará a 875 °C en presencia de oxígeno.

Se demostró que si el material de cobalto se puede eliminar de la brecha de grano, la estabilidad térmica de los dientes de PDC mejorará significativamente para que la broca pueda perforar mejor en formaciones más duras y abrasivas. Esta tecnología de eliminación de cobalto mejora la resistencia al desgaste de los dientes de PDC en formaciones de roca dura altamente abrasivas y amplía aún más el rango de aplicación de las brocas de PDC.

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