PDCカッターの極低温処理

PDCカッターは、高温高圧（HTHP）技術を使用してダイヤモンド粉末を超硬基材と焼結させて得られる優れた特性を備えた複合材料です。

PDC カッターは、優れた熱伝導性、超高硬度、耐摩耗性を備え、さらに高強度、高衝撃靭性、溶接が容易です。

多結晶ダイヤモンド層は超硬合金基材によって支えられているため、大きな衝撃荷重を吸収し、作業中の重大な損傷を回避できます。したがって、PDC は、切削工具、地質掘削用ドリルビット、油井およびガス井用ドリルビット、その他の耐摩耗工具の製造に広く使用されてきました。

石油およびガスの掘削分野では、総掘削映像の 90% 以上が PDC ビットによって完了します。 PDC ビットは通常、軟岩から中硬岩層の掘削に使用されます。深穴掘削に関しては、短寿命と低ROPという問題が依然としてあります。

深く複雑な地層では、PDC ドリルビットの作業条件は非常に過酷です。複合材の破損の主な形態としては、ドリルビットが大きな衝撃荷重を受けることによる衝撃によって生じる歯の折れやチッピングなどのマクロ破壊や、複合材の過剰な底穴温度による複合材の破損などが挙げられます。シートの耐摩耗性が低下すると、PDC 複合シートの熱摩耗が発生します。 PDC 複合シートの上記の破損は、その寿命と穴あけ効率に大きな影響を与えます。

極低温治療とは何ですか?

極低温処理は従来の加熱を拡張したものです。液体窒素やその他の冷媒を冷却媒体として使用し、材料を室温よりはるかに低い温度（-100～-196°C）まで冷却し、その性能を高めます。

既存の多くの研究では、極低温処理により鋼、アルミニウム合金、その他の材料の機械的特性が大幅に改善されることが示されています。極低温処理後、これらの材料では析出強化現象が発生します。極低温処理により、超硬工具の曲げ強度、耐摩耗性、切削性能が向上し、寿命も効果的に向上します。関連する研究では、極低温処理によりダイヤモンド粒子の静的圧縮強度が向上することも示されており、強度が向上する主な理由は残留応力状態の変化です。

しかし、極低温処理によって PDC カッターの性能を向上させることはできるでしょうか?現時点では、関連する研究はほとんどありません。

極低温処理の方法

PDC カッターの極低温処理方法で、操作は次のとおりです。

(1) PDC カッターを室温で極低温処理炉に置きます。

（２）極低温処理炉の電源を入れ、液体窒素を流し、温度制御を用いて極低温処理炉内の温度を−３℃／分の速度で−３０℃まで下げる。温度が-30℃に達すると-1℃/minまで下がります。 -120℃まで下げます。温度が-120℃に達した後、-0.1℃/分の速度で温度を-196℃まで下げます。

(3) -196℃の温度で24時間保管します。

(4) その後、-120℃まで0.1℃/minの速度で昇温し、次に-30℃まで1℃/minの速度で降温し、最後に室温まで降温します。 3℃/分。

(5) 上記操作を 2 回繰り返して、PDC カッターの極低温処理が完了します。

極低温処理した PDC カッターと未処理の PDC カッターの砥石の摩耗率をテストしました。試験の結果、摩耗率はそれぞれ338万、480万でした。試験結果は、深冷却後、冷間処理された PDC カッターの摩耗率が、極低温処理されていない PDC カッターの摩耗率よりも大幅に低いことを示しました。

さらに、極低温処理した PDC 複合シートと未処理の PDC 複合シートをマトリックスに溶接し、隣接する坑井の同じセクションで同じ掘削パラメータで 200 m 掘削しました。ドリルビットの機械的穴あけ ROP は、極低温処理 PDC カッターを使用しない場合と比較して、極低温処理 PDC を使用すると 27.8% 増加します。

PDCカッターの極低温処理についてどう思いますか?ぜひコメントを残してください。

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