熱穩定多晶金剛石鑽頭刀具

當發現 PDC 鑽頭刀具在鑽孔過程中有時會崩刃時，引入了熱穩定性聚晶金剛石鑽頭刀具。這種失敗是由於金剛石和粘合劑材料的不同膨脹引起的內應力。

鈷是燒結 PCD 產品中使用最廣泛的粘合劑。這種材料的熱膨脹係數為 1.2 x 10 ^-5 度。 C 與鑽石的 2.7 x 10 ^-6 相比。因此鈷比金剛石膨脹得更快。當刀具的整體溫度上升到 730 攝氏度以上時，不同膨脹率引起的內應力會導致嚴重的晶間開裂、宏觀崩裂和刀具的快速失效。

這些溫度遠高於鑽孔底部的溫度（在 8000 英尺處通常為 100 攝氏度）。它們是由這些鑽頭切割岩石的剪切作用產生的摩擦力引起的。

這一 730 攝氏度的溫度障礙嚴重阻礙了 PCD 刀具鑽頭的性能提升。

製造商嘗試提高刀具的熱穩定性，並開發了熱穩定的聚晶金剛石鑽頭刀具。

這些鑽頭刀具在較高溫度下更穩定，因為鈷粘合劑已被去除，這消除了由差異膨脹引起的內部應力。由於大部分粘合劑是相互關聯的，因此用酸進行長時間處理可以將其中的大部分浸出。相鄰金剛石顆粒之間的結合不受影響，保留了壓塊強度的 50-80%。浸出的 PCD 在惰性或還原氣氛中熱穩定至 1200 攝氏度，但在氧氣存在的情況下會在 875 攝氏度時降解。

事實證明，如果能夠去除顆粒間隙中的鈷材料，PDC齒的熱穩定性將得到顯著提高，從而使鑽頭能夠更好地鑽進更硬、更具磨蝕性的地層。這種除鈷技術增強了PDC齒在高磨蝕性硬岩層中的耐磨性，進一步拓寬了PDC鑽頭的應用範圍。

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