O tratamento criogênico do cortador PDC

A fresa PDC é um material compósito com excelentes propriedades obtido pela sinterização de pó de diamante com substrato de metal duro utilizando tecnologia de alta temperatura e alta pressão (HTHP).

A fresa PDC possui excelente condutividade térmica, dureza ultra-alta e resistência ao desgaste, além de alta resistência, alta tenacidade ao impacto e fácil de soldar.

A camada de diamante policristalino é suportada pelo substrato de metal duro, que pode absorver a grande carga de impacto e evitar sérios danos durante o trabalho. Assim, o PDC foi amplamente utilizado para a fabricação de ferramentas de corte, brocas geológicas e para poços de petróleo e gás, além de outras ferramentas resistentes ao desgaste.

No campo de perfuração de petróleo e gás, mais de 90% do total da perfuração é completado por bits PDC. As brocas PDC são normalmente usadas para perfuração de formações rochosas macias a médias. Quando se trata de perfuração profunda, ainda existem problemas de vida curta e baixo ROP.

Na formação complexa profunda, as condições de trabalho da broca PDC são muito severas. As principais formas de falha da peça composta incluem macrofraturas, como dentes quebrados e lascas causadas pelo impacto causado pela broca recebendo uma grande carga de impacto e temperatura excessiva do fundo do poço causando peças compostas. A resistência reduzida ao desgaste da chapa causa desgaste térmico da chapa composta de PDC. A falha mencionada acima da folha composta PDC afetará muito sua vida útil e eficiência de perfuração.

O que é tratamento criogênico?

O tratamento criogênico é uma extensão do calor convencional. Ele usa nitrogênio líquido e outros refrigerantes como meio de resfriamento para resfriar materiais a uma temperatura muito abaixo da temperatura ambiente (-100~-196°C) para melhorar seu desempenho.

Muitos estudos existentes demonstraram que o tratamento criogênico pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas do aço, ligas de alumínio e outros materiais. Após o tratamento criogênico, ocorre nesses materiais o fenômeno de fortalecimento da precipitação. O tratamento criogênico pode melhorar a resistência à flexão, resistência ao desgaste e desempenho de corte de ferramentas de metal duro, acompanhado por uma melhoria efetiva da vida útil. Pesquisas relevantes também mostraram que o tratamento criogênico pode melhorar a resistência à compressão estática das partículas de diamante, a principal razão para o aumento da resistência é a mudança do estado de tensão residual.

Mas será que podemos melhorar o desempenho do cortador PDC através do tratamento criogénico? Neste momento existem poucos estudos relevantes.

O método de tratamento criogênico

Método de tratamento criogênico para cortadores PDC, as operações são:

(1) Coloque os cortadores PDC em temperatura ambiente em um forno de tratamento criogênico;

(2) Ligue o forno de tratamento criogênico, passe nitrogênio líquido e use o controle de temperatura para reduzir a temperatura no forno de tratamento criogênico para -30°C a uma taxa de -3°C/min; quando a temperatura atingir -30°C, ela será reduzida para -1°C/min. Reduza para -120°C; depois que a temperatura atingir -120 ℃, reduza a temperatura para -196 ℃ a uma velocidade de -0,1 ℃/min;

(3) Manter por 24 horas a uma temperatura de -196°C;

(4) Em seguida, aumente a temperatura para -120°C a uma taxa de 0,1°C/min, depois abaixe-a para -30°C a uma taxa de 1°C/min e, finalmente, reduza-a à temperatura ambiente a uma taxa de 3°C/min;

(5) Repita a operação acima duas vezes para completar o tratamento criogênico dos cortadores PDC.

A fresa PDC tratada criogenicamente e a fresa PDC não tratada foram testadas quanto à taxa de desgaste do rebolo. Os resultados do teste mostraram que as taxas de desgaste foram 3.380.000 e 4.800.000, respectivamente. Os resultados do teste mostraram que, após resfriamento profundo, a taxa de desgaste do cortador PDC tratado a frio é significativamente menor do que a do cortador PDC sem tratamento criogênico.

Além disso, as chapas compostas de PDC tratadas criogenicamente e não tratadas foram soldadas à matriz e perfuradas por 200m na ​​mesma seção de poços adjacentes com os mesmos parâmetros de perfuração. A ROP de perfuração mecânica de uma broca é aumentada em 27,8% usando PDC tratado criogenicamente em comparação com aquele que não usa um cortador de PDC tratado criogenicamente.

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