Die kryogene Behandlung des PDC-Schneiders

Der PDC-Fräser ist ein Verbundwerkstoff mit hervorragenden Eigenschaften, der durch Sintern von Diamantpulver mit einem Hartmetallsubstrat unter Verwendung der Hochtemperatur- und Hochdrucktechnologie (HTHP) erzielt wird.

Der PDC-Fräser verfügt über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, ultrahohe Härte und Verschleißfestigkeit sowie eine hohe Festigkeit, hohe Schlagzähigkeit und ist leicht zu schweißen.

Die polykristalline Diamantschicht wird durch das Hartmetallsubstrat gestützt, das die große Stoßbelastung absorbieren und schwere Schäden während der Arbeit vermeiden kann. Daher wurde PDC häufig zur Herstellung von Schneidwerkzeugen, geologischen Bohrern, Öl- und Gasbohrkronen und anderen verschleißfesten Werkzeugen verwendet.

Im Öl- und Gasbohrbereich werden mehr als 90 % des gesamten Bohrmaterials mit PDC-Bohrern fertiggestellt. PDC-Bohrer werden normalerweise zum Bohren von weichen bis mittelharten Gesteinsformationen verwendet. Beim Tiefbohren gibt es immer noch Probleme mit kurzer Lebensdauer und geringem ROP.

In der tiefen komplexen Formation sind die Arbeitsbedingungen des PDC-Bohrers sehr hart. Zu den Hauptversagensformen des Verbundwerkstoffteils gehören Makrobrüche wie gebrochene Zähne und Absplitterungen, die durch den Aufprall verursacht werden, der dadurch entsteht, dass der Bohrer einer großen Stoßbelastung ausgesetzt ist, sowie eine übermäßige Temperatur am Bohrlochboden, die Verbundwerkstoffteile verursacht. Die verringerte Verschleißfestigkeit des Blechs führt zu einem thermischen Verschleiß des PDC-Verbundblechs. Das oben erwähnte Versagen der PDC-Verbundplatte wird ihre Lebensdauer und Bohreffizienz stark beeinträchtigen.

Was ist eine kryogene Behandlung?

Die kryogene Behandlung ist eine Erweiterung der konventionellen Wärmebehandlung. Es nutzt flüssigen Stickstoff und andere Kältemittel als Kühlmedien, um Materialien auf eine Temperatur weit unter der Raumtemperatur (-100 bis -196 °C) abzukühlen und so ihre Leistung zu steigern.

Viele bestehende Studien haben gezeigt, dass die kryogene Behandlung die mechanischen Eigenschaften von Stahl, Aluminiumlegierungen und anderen Materialien erheblich verbessern kann. Nach der kryogenen Behandlung tritt in diesen Materialien das Phänomen der Ausfällungsverstärkung auf. Die kryogene Behandlung kann die Biegefestigkeit, Verschleißfestigkeit und Schneidleistung von Hartmetallwerkzeugen verbessern und gleichzeitig die Lebensdauer effektiv verlängern. Relevante Untersuchungen haben auch gezeigt, dass eine kryogene Behandlung die statische Druckfestigkeit von Diamantpartikeln verbessern kann. Der Hauptgrund für die Festigkeitssteigerung ist die Änderung des Eigenspannungszustands.

Aber können wir die Leistung des PDC-Schneidegeräts durch kryogene Behandlung verbessern? Derzeit gibt es nur wenige relevante Studien.

Die Methode der kryogenen Behandlung

Eine kryogene Behandlungsmethode für PDC-Schneider. Die Vorgänge sind:

(1) Legen Sie die PDC-Fräser bei Raumtemperatur in einen kryogenen Behandlungsofen.

(2) Schalten Sie den kryogenen Behandlungsofen ein, leiten Sie flüssigen Stickstoff ein und senken Sie die Temperatur im kryogenen Behandlungsofen mithilfe der Temperaturregelung auf -30℃ mit einer Geschwindigkeit von -3℃/min; Wenn die Temperatur -30℃ erreicht, sinkt sie auf -1℃/min. Auf -120℃ reduzieren; Nachdem die Temperatur -120℃ erreicht hat, reduzieren Sie die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von -0,1℃/min auf -196℃;

(3) 24 Stunden lang bei einer Temperatur von -196 °C aufbewahren;

(4) Erhöhen Sie dann die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 0,1°C/Minute auf -120°C, senken Sie sie dann mit einer Geschwindigkeit von 1°C/Minute auf -30°C und senken Sie sie schließlich mit einer Geschwindigkeit auf Raumtemperatur ab von 3°C/min;

(5) Wiederholen Sie den obigen Vorgang zweimal, um die kryogene Behandlung der PDC-Fräser abzuschließen.

Der kryogenisch behandelte PDC-Fräser und der unbehandelte PDC-Fräser wurden auf das Verschleißverhältnis der Schleifscheibe getestet. Die Testergebnisse zeigten, dass die Verschleißverhältnisse 3380.000 bzw. 4800.000 betrugen. Die Testergebnisse zeigten, dass nach tiefer Abkühlung das Verschleißverhältnis des kaltbehandelten PDC-Fräsers deutlich niedriger ist als der des PDC-Fräsers ohne kryogene Behandlung.

Darüber hinaus wurden die kryogen behandelten und unbehandelten PDC-Verbundplatten mit der Matrix verschweißt und im gleichen Abschnitt benachbarter Bohrlöcher mit den gleichen Bohrparametern 200 m lang gebohrt. Der ROP eines Bohrers beim mechanischen Bohren wird bei Verwendung von kryogen behandeltem PDC um 27,8 % erhöht, verglichen mit der Verwendung eines kryogen behandelten PDC-Fräsers ohne Verwendung.

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