Le traitement cryogénique du coupeur PDC

La fraise PDC est un matériau composite doté d'excellentes propriétés obtenues par frittage de poudre de diamant avec un substrat en carbure cémenté en utilisant la technologie haute température et haute pression (HTHP).

Le coupeur PDC a une excellente conductivité thermique, une dureté ultra-élevée et une résistance à l'usure, ainsi qu'une résistance élevée, une ténacité élevée aux chocs et une facilité de soudage.

La couche de diamant polycristallin est soutenue par le substrat en carbure cémenté, qui peut absorber les charges d'impact importantes et éviter de graves dommages pendant le travail. Ainsi, le PDC a été largement utilisé pour fabriquer des outils de coupe, des forets pour puits géologiques, pétroliers et gaziers, ainsi que d’autres outils résistants à l’usure.

Dans le domaine du forage pétrolier et gazier, plus de 90 % de la longueur totale des forages est réalisée par des trépans PDC. Les trépans PDC sont normalement utilisés pour le forage de formations de roches tendres à moyennement dures. Lorsqu'il s'agit de forage profond, il existe toujours des problèmes de courte durée de vie et de faible ROP.

Dans la formation complexe profonde, les conditions de travail du trépan PDC sont très dures. Les principales formes de défaillance de la pièce composite comprennent les macrofractures telles que les dents cassées et l'écaillage provoqués par l'impact provoqué par le foret recevant une charge d'impact importante, et une température excessive au fond du trou provoquant des pièces composites. La résistance à l'usure réduite de la feuille provoque une usure thermique de la feuille composite PDC. La défaillance mentionnée ci-dessus de la feuille composite PDC affectera grandement sa durée de vie et son efficacité de forage.

Qu’est-ce que le traitement cryogénique ?

Le traitement cryogénique est une extension de la chaleur conventionnelle. Il utilise de l'azote liquide et d'autres réfrigérants comme fluide de refroidissement pour refroidir les matériaux à une température bien inférieure à la température ambiante (-100~-196°C) afin d'améliorer leurs performances.

De nombreuses études existantes ont montré que le traitement cryogénique peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques de l'acier, des alliages d'aluminium et d'autres matériaux. Après traitement cryogénique, le phénomène de renforcement par précipitation se produit dans ces matériaux. Le traitement cryogénique peut améliorer la résistance à la flexion, la résistance à l'usure et les performances de coupe des outils en carbure cémenté, accompagné d'une amélioration efficace de la durée de vie. Des recherches pertinentes ont également montré que le traitement cryogénique peut améliorer la résistance à la compression statique des particules de diamant, la principale raison de l'augmentation de la résistance étant le changement de l'état de contrainte résiduelle.

Mais pouvons-nous améliorer les performances de la découpeuse PDC grâce au traitement cryogénique ? Il existe actuellement peu d’études pertinentes.

La méthode de traitement cryogénique

Méthode de traitement cryogénique des découpeuses PDC, les opérations sont :

(1) Placer les coupeurs PDC à température ambiante dans un four de traitement cryogénique ;

(2) Allumez le four de traitement cryogénique, faites passer de l'azote liquide et utilisez le contrôle de la température pour réduire la température dans le four de traitement cryogénique à -30 ℃ à une vitesse de -3 ℃/min ; lorsque la température atteint -30℃, elle diminue alors à -1℃/min. Réduire à -120 ℃ ; une fois que la température atteint -120 ℃, réduisez la température à -196 ℃ à une vitesse de -0,1 ℃/min ;

(3) Conservez-le pendant 24 heures à une température de -196°C ;

(4) Augmentez ensuite la température à -120°C à une vitesse de 0,1°C/min, puis abaissez-la à -30°C à une vitesse de 1°C/min, et enfin ramenez-la à température ambiante à une vitesse de 3°C/min ;

(5) Répétez l'opération ci-dessus deux fois pour terminer le traitement cryogénique des couteaux PDC.

Le taux d'usure de la fraise PDC traitée cryogéniquement et de la fraise PDC non traitée a été testé. Les résultats des tests ont montré que les taux d'usure étaient respectivement de 3 380 000 et 4 800 000. Les résultats des tests ont montré qu'après refroidissement en profondeur, le taux d'usure de la fraise PDC traitée à froid est nettement inférieur à celui de la fraise PDC sans traitement cryogénique.

De plus, les feuilles composites PDC traitées cryogéniquement et non traitées ont été soudées à la matrice et forées sur 200 m dans la même section de puits adjacents avec les mêmes paramètres de forage. Le ROP de forage mécanique d'un trépan est augmenté de 27,8 % en utilisant un PDC traité cryogéniquement par rapport à celui n'utilisant pas de fraise PDC traitée cryogéniquement.

Que pensez-vous du traitement cryogénique des découpeurs PDC ? Bienvenue à nous laisser vos commentaires.

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