Thermisch stabiler polykristalliner Diamant-Bit-Cutter

Thermisch stabile polykristalline Diamantmeißel wurden eingeführt, als festgestellt wurde, dass PDC-Meißel während des Bohrens manchmal absplitterten. Dieses Versagen war auf innere Spannungen zurückzuführen, die durch die unterschiedliche Ausdehnung des Diamant- und Bindematerials verursacht wurden.

Kobalt ist das am häufigsten verwendete Bindemittel in gesinterten PKD-Produkten. Dieses Material hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 1,2 x 10 ^-5 Grad. C im Vergleich zu 2,7 x 10 ^-6 für Diamant. Daher dehnt sich Kobalt schneller aus als Diamant. Wenn die Massentemperatur des Schneidwerkzeugs über 730 Grad C ansteigt, führen innere Spannungen, die durch die unterschiedlichen Ausdehnungsraten verursacht werden, zu schweren intergranularen Rissen, Makroabplatzungen und schnellem Versagen des Schneidwerkzeugs.

Diese Temperaturen sind viel höher als die am Boden des Bohrlochs anzutreffenden Temperaturen (typischerweise 100 Grad C bei 8000 Fuß). Sie entstehen durch die Reibung, die durch die Scherwirkung entsteht, mit der diese Meißel das Gestein schneiden.

Diese Temperaturbarriere von 730 Grad C stellte ernsthafte Barrieren für eine verbesserte Leistung von PCD-Schneidmeißeln dar.

Hersteller experimentierten mit der Verbesserung der thermischen Stabilität der Schneidwerkzeuge und es wurden thermisch stabile Schneidwerkzeuge aus polykristallinem Diamant entwickelt.

Diese Bits-Fräser sind bei höheren Temperaturen stabiler, da der Kobaltbinder entfernt wurde und dies beseitigt interne Spannungen, die durch unterschiedliche Ausdehnung verursacht werden. Da der größte Teil des Bindemittels miteinander verbunden ist, kann eine längere Behandlung mit Säuren das meiste davon auslaugen. Die Bindungen zwischen benachbarten Diamantpartikeln bleiben unbeeinflusst und behalten 50–80 % der Festigkeit der Presslinge bei. Ausgelaugtes PCD ist in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre bis 1200 Grad C thermisch stabil, wird aber bei 875 Grad C in Gegenwart von Sauerstoff abgebaut.

Es wurde bewiesen, dass, wenn das Kobaltmaterial aus dem Kornspalt entfernt werden kann, die thermische Stabilität der PDC-Zähne erheblich verbessert wird, so dass der Meißel besser in härtere und abrasivere Formationen bohren kann. Diese Kobaltentfernungstechnologie verbessert die Verschleißfestigkeit von PDC-Zähnen in hochabrasiven Hartgesteinsformationen und erweitert den Anwendungsbereich von PDC-Bohrkronen weiter.

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