Krótkie wprowadzenie historii bitów PDC i PDC

Wiertła z polikrystalicznego diamentu kompaktowego (PDC) i PDC są wprowadzane na rynek od kilkudziesięciu lat. W ciągu tego długiego czasu frez PDC i wiertło PDC doświadczyły wielu niepowodzeń we wczesnych stadiach, a także doświadczyły wspaniałego rozwoju. Powoli, ale ostatecznie, bity PDC stopniowo zastępowały bity stożkowe, stale ulepszając frez PDC, stabilność bitu i strukturę hydrauliczną bitu. Bity PDC terazzająćponad 90% całkowitego materiału wiertniczego na świecie.

PDC Cutter został po raz pierwszy wynaleziony przez General Electric (GE) w 1971 roku. Pierwsze PDC Cutter dla przemysłu naftowego i gazowego powstało w 1973 roku, a po 3 latach eksperymentalnych i terenowych testów został wprowadzony na rynek w 1976 roku po udowodnieniu, że znacznie więcej skuteczniejsze niż miażdżące działanie wierteł z węglików spiekanych.

We wczesnym okresie struktura frezu PDC była następująca: okrągła końcówka z węglika (średnica 8,38 mm, grubość 2,8 mm) i warstwa diamentu (grubość 0,5 mm bez fazowania na powierzchni). W tym czasie istniała również frezarka PDC firmy Compax „system ślimakowy”. Struktura tego frezu była następująca: złożona spoina PDC z pociskiem z węglika spiekanego, aby ułatwić instalację na wiertle ze stalowym korpusem, zapewniając w ten sposób większą wygodę projektantowi wiertła.

W 1973 r. firma GE przetestowała swój wczesny bit PDC w studni w rejonie King Ranch w południowym Teksasie. Podczas procesu wiercenia próbnego uznano, że istnieje problem z czyszczeniem wiertła. Trzy zęby pękły w lutowanym złączu, a dwa inne złamały się razem z częścią z węglika wolframu. Później firma przetestowała drugie wiertło w rejonie Hudson w Kolorado. To wiertło poprawiło strukturę hydrauliczną problemu czyszczenia. Wiertło uzyskało lepszą wydajność w formacjach piaskowcowo-łupkowych przy dużej prędkości wiercenia. Istnieje jednak kilka odchyleń od planowanej trajektorii otworu podczas wiercenia, a niewielka liczba ubytków frezów PDC nadal występowała z powodu połączenia lutowanego.

W kwietniu 1974 r. w rejonie San Juan w stanie Utah w USA przetestowano trzecie wiertło. Ten bit poprawił strukturę zęba i kształt bitu. Świder zastąpił stalowe wiertła stożkowe w sąsiednim otworze, ale dysza spadła i wiertło uległo uszkodzeniu. W tamtym czasie uważano, że występuje pod koniec wiercenia w przypadku twardej formacji lub problemu spowodowanego opadającą dyszą.

Od 1974 do 1976 r. różne firmy zajmujące się wiertłami i przedsiębiorcy oceniali różne ulepszenia frezu PDC. Wiele istniejących problemów koncentrowało się na badaniach. Takie wyniki badań zostały w sposób organiczny zintegrowane z zębami Stratapax PDC, wprowadzonymi na rynek przez GE w grudniu 1976 roku.

Zmiana nazwy z Compax na Stratapax pomogła wyeliminować zamieszanie w branży bitów pomiędzy bitami z wytłoczkami z węglika wolframu a diamentowymi Compax.

Frezy GE Stratapax dostępne w momencie wprowadzenia produktu, 1976 r.

W połowie lat 90-tych zaczęto szeroko stosować technologię fazowania na zębach tnących PDC, technologia wielofazowa została przyjęta w formie patentu w 1995 roku. Jeśli technologia fazowania jest stosowana prawidłowo, odporność na pękanie zębów tnących PDC można zwiększyć o 100%.

W latach 80. zarówno GE Company (USA), jak i Sumitomo Company (Japonia) badały usuwanie kobaltu z powierzchni roboczej zębów PDC w celu poprawy wydajności pracy zębów. Ale nie odnieśli sukcesu komercyjnego. Technologia została później ponownie opracowana i opatentowana przez Hycalog（USA）. Udowodniono, że jeśli materiał metalowy można usunąć ze szczeliny ziarna, stabilność termiczna zębów PDC ulegnie znacznej poprawie, dzięki czemu wiertło będzie mogło lepiej wiercić w twardszych i bardziej ściernych formacjach. Ta technologia usuwania kobaltu poprawia odporność na zużycie zębów PDC w silnie ściernych formacjach skalnych twardych i dodatkowo poszerza zastosowaniezakres bitów PDC.

Począwszy od 2000 r., zastosowanie bitów PDC szybko się rozszerzyło. Formacje, których nie można było wiercić wiertłami PDC, stopniowo stały się możliwe do wiercenia ekonomicznie i niezawodnie wiertłami PDC.

Od 2004 roku w branży wiertniczej przychody rynkowe wierteł PDC stanowiły około 50%, a odległość wiercenia sięgała prawie 60%. Ten wzrost trwa do dziś. Prawie wszystkie używane obecnie w zastosowaniach wiertniczych w Ameryce Północnej to wiertła PDC.

Rysunek pochodzi z D.E. Scott

Krótko mówiąc, odkąd została uruchomiona w latach 70. i doświadczyła początkowego powolnego wzrostu, przecinarki PDC stopniowo promowały ciągły rozwój branży wierteł do poszukiwania i wiercenia ropy i gazu. Wpływ technologii PDC na branżę wiertniczą jest ogromny.

Nowi gracze na rynku wysokiej jakości zębów tnących PDC, a także duże firmy zajmujące się wiertłami, nadal przewodzą reformie i innowacjom w zakresie innowacyjnych materiałów i procesów produkcyjnych, dzięki czemu wydajność zębów tnących PDC i wierteł PDC może być stale ulepszana.