Il trattamento criogenico della taglierina PDC

La fresa PDC è un materiale composito con eccellenti proprietà ottenuto mediante sinterizzazione di polvere di diamante con un substrato di carburo cementato utilizzando la tecnologia ad alta temperatura e alta pressione (HTHP).

La taglierina PDC ha un'ottima conduttività termica, durezza ultraelevata e resistenza all'usura, nonché elevata resistenza, elevata tenacità agli urti e facile da saldare.

Lo strato di diamante policristallino è supportato dal substrato in carburo cementato, che può assorbire il grande carico d'urto ed evitare gravi danni durante il lavoro. Pertanto, il PDC è stato ampiamente utilizzato per la produzione di utensili da taglio, punte per trivellazione geologica e per pozzi di petrolio e gas e altri strumenti resistenti all'usura.

Nel campo della trivellazione di petrolio e gas, oltre il 90% del totale del metraggio di perforazione è completato da punte PDC. Le punte PDC vengono normalmente utilizzate per la perforazione di formazioni rocciose da tenere a medio dure. Quando si tratta di perforazione profonda, ci sono ancora problemi di breve durata e basso ROP.

Nella formazione profonda e complessa, le condizioni di lavoro della punta PDC sono molto dure. Le principali forme di guasto del pezzo composito includono macrofratture come denti rotti e scheggiature causate dall'impatto causato dalla punta del trapano che riceve un grande carico d'urto e un'eccessiva temperatura del fondo del foro che causa pezzi compositi. La ridotta resistenza all'usura della lastra provoca l'usura termica della lastra composita PDC. Il suddetto cedimento del foglio composito PDC influenzerà notevolmente la sua durata e l'efficienza della perforazione.

Cos’è il trattamento criogenico?

Il trattamento criogenico è un'estensione del calore convenzionale. Utilizza azoto liquido e altri refrigeranti come mezzo di raffreddamento per raffreddare i materiali a una temperatura molto inferiore a quella ambiente (-100~-196°C) per migliorarne le prestazioni.

Molti studi esistenti hanno dimostrato che il trattamento criogenico può migliorare notevolmente le proprietà meccaniche dell’acciaio, delle leghe di alluminio e di altri materiali. Dopo il trattamento criogenico, in questi materiali si verifica il fenomeno del rafforzamento delle precipitazioni. Il trattamento criogenico può migliorare la resistenza alla flessione, la resistenza all'usura e le prestazioni di taglio degli utensili in metallo duro, accompagnati da un efficace miglioramento della durata. Ricerche pertinenti hanno anche dimostrato che il trattamento criogenico può migliorare la resistenza alla compressione statica delle particelle di diamante, la ragione principale dell'aumento della resistenza è il cambiamento dello stato di tensione residua.

Ma possiamo migliorare le prestazioni della taglierina PDC attraverso il trattamento criogenico? Al momento ci sono pochi studi rilevanti.

Il metodo del trattamento criogenico

Un metodo di trattamento criogenico per taglierine PDC, le operazioni sono:

(1) Posizionare le frese PDC a temperatura ambiente in un forno per trattamento criogenico;

(2) Accendere il forno per il trattamento criogenico, passare l'azoto liquido e utilizzare il controllo della temperatura per ridurre la temperatura nel forno per il trattamento criogenico a -30 ℃ a una velocità di -3 ℃/min; quando la temperatura raggiunge -30℃, si ridurrà a -1℃/min. Ridurre a -120 ℃; quando la temperatura raggiunge -120℃, ridurre la temperatura a -196℃ a una velocità di -0,1℃/min;

(3) Conservarlo per 24 ore ad una temperatura di -196°C;

(4) Quindi aumentare la temperatura a -120°C a una velocità di 0,1°C/min, quindi abbassarla a -30°C a una velocità di 1°C/min e infine ridurla a temperatura ambiente a una velocità di 3°C/min;

(5) Ripetere l'operazione sopra due volte per completare il trattamento criogenico delle frese PDC.

La fresa PDC trattata criogenicamente e la fresa PDC non trattata sono state testate per il rapporto di usura della mola. I risultati del test hanno mostrato che i rapporti di usura erano rispettivamente 3380000 e 4800000. I risultati dei test hanno mostrato che dopo un raffreddamento profondo il rapporto di usura della taglierina PDC trattata a freddo è significativamente inferiore a quello della taglierina PDC senza trattamento criogenico.

Inoltre, i fogli compositi di PDC trattati criogenicamente e non trattati sono stati saldati alla matrice e perforati per 200 m nella stessa sezione di pozzi adiacenti con gli stessi parametri di perforazione. Il ROP di perforazione meccanica di una punta da trapano è aumentato del 27,8% utilizzando PDC trattato criogenicamente rispetto a quello che non utilizza una fresa PDC trattata criogenicamente.

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