Krátke predstavenie bitovej histórie PDC a PDC

Polykryštalické diamantové kompaktné (PDC) a PDC vrtáky sú uvedené na trh už niekoľko desaťročí. Počas tejto dlhej doby PDC fréza a PDC vrták zažili veľa neúspechov vo svojich raných fázach a tiež zaznamenali veľký vývoj. Pomaly, ale nakoniec, bity PDC postupne nahradili kužeľové bity s neustálym zlepšovaním PDC frézy, stability bitov a hydraulickej štruktúry bitov. PDC bity terazobsadiťviac ako 90 % z celkového počtu záberov vŕtania na svete.

PDC Cutter bol prvýkrát vynájdený spoločnosťou General Electric (GE) v roku 1971. Prvý PDC Cutter pre ropný a plynárenský priemysel bol vyrobený v roku 1973 a po 3 rokoch experimentálneho a testovania v teréne je komerčne uvedený na trh v roku 1976 po tom, čo sa preukázalo oveľa viac efektívnejšie ako drvenie tvrdokovových gombíkových bitov.

Na začiatku bola štruktúra PDC frézy takáto:  karbidový okrúhly hrot (priemer 8,38 mm, hrúbka 2,8 mm) a diamantová vrstva (hrúbka 0,5 mm bez skosenia na povrchu). V tom čase existovala aj rezačka PDC "slug system" Compax. Štruktúra tejto frézy bola takáto: PDC komplexný zvar k slinutému karbidovému návarku, aby sa dal ľahšie nainštalovať na oceľový vrták, čím priniesol väčšie pohodlie konštruktérovi vrtákov.

V roku 1973 spoločnosť GE testovala svoj skorý bit PDC v studni v oblasti King Ranch v južnom Texase. Počas procesu skúšobného vŕtania sa usúdilo, že problém s čistením korunky existuje. Tri zuby zlyhali na spájkovanom spoji a dva ďalšie zuby sa zlomili spolu s časťou z karbidu volfrámu. Neskôr spoločnosť testovala druhý vrták v oblasti Hudson v Colorade. Tento vrták zlepšil hydraulickú štruktúru pre problém čistenia. Vrták dosiahol lepší výkon v pieskovcovo-bridlicových útvaroch s vysokou rýchlosťou vŕtania. Existuje však niekoľko odchýlok od plánovanej trajektórie vrtu počas vŕtania a stále dochádzalo k malým stratám PDC fréz v dôsledku spájkovacieho spojenia.

V apríli 1974 bol v oblasti San Juan v Utahu v USA testovaný tretí vrták. Tento bit zlepšil štruktúru zubov a tvar bitov. Vrták nahradil kužeľové bity oceľového tela v susednej studni, ale dýza spadla a bit sa poškodil. V tom čase sa predpokladalo, že k tomu dôjde blízko konca vŕtania pre tvrdú formáciu alebo problém spôsobený padajúcou tryskou.

Od roku 1974 do roku 1976 rôzne spoločnosti a podnikatelia hodnotili rôzne vylepšenia PDC frézy. Mnohé existujúce problémy boli zamerané na výskum. Takéto výsledky výskumu boli organicky integrované do zubov Stratapax PDC, ktoré spoločnosť GE uviedla na trh v decembri 1976.

Zmena názvu z Compax na Stratapax pomohla odstrániť zmätok v priemysle bitov medzi bitmi s výliskami z karbidu volfrámu a diamantovými Compax.

Frézy Stratapax od GE dostupné pri predstavení produktu, 1976

V polovici 90-tych rokov ľudia začali vo veľkej miere využívať technológiu skosenia na rezných zuboch PDC, technológia viacnásobného skosenia bola prijatá formou patentu v roku 1995. Ak je technológia skosenia aplikovaná správne, odolnosť rezných zubov PDC proti zlomeniu možno zvýšiť o 100 %.

V 80. rokoch 20. storočia GE Company (USA) a Sumitomo Company (Japonsko) študovali odstraňovanie kobaltu z pracovného povrchu zubov PDC s cieľom zlepšiť pracovný výkon zubov. Komerčný úspech však nedosiahli. Technológia bola neskôr znovu vyvinutá a patentovaná spoločnosťou Hycalog（USA）. Bolo dokázané, že ak je možné odstrániť kovový materiál z medzery zrna, tepelná stabilita zubov PDC sa výrazne zlepší, takže korunka môže lepšie vŕtať v tvrdších a abrazívnejších útvaroch. Táto technológia odstraňovania kobaltu zlepšuje odolnosť zubov PDC proti opotrebovaniu vo vysoko abrazívnych tvrdých skalných formáciách a ďalej rozširuje použitierozsah bitov PDC.

Počnúc rokom 2000 sa aplikácia bitov PDC rýchlo rozšírila. Útvary, ktoré nebolo možné vŕtať vrtákmi PDC, sa postupne dali ekonomicky a spoľahlivo vŕtať vrtákmi PDC.

Od roku 2004 v priemysle vrtákov dosahovali trhové príjmy z PDC vrtákov asi 50 % a vzdialenosť vŕtania dosiahla takmer 60 %. Tento rast pokračuje dodnes. Takmer všetky v súčasnosti používané v severoamerických vŕtacích aplikáciách sú PDC bity.

Figúrka je od D.E. Scott

Stručne povedané, od svojho uvedenia na trh v 70-tych rokoch a zažil svoj počiatočný pomalý rast, frézy PDC postupne podporovali nepretržitý rozvoj priemyslu vrtných koruniek na prieskum a ťažbu ropy a zemného plynu. Vplyv technológie PDC na vrtný priemysel je obrovský.

Noví účastníci na trhu vysokokvalitných rezných zubov PDC, ako aj veľké spoločnosti zaoberajúce sa vŕtačkami, naďalej vedú reformu a inováciu inovatívnych materiálov a výrobných procesov, aby sa výkon rezných zubov PDC a vrtákov PDC mohol neustále zlepšovať.