Keausan termal dan penghilangan kobalt dari PDC

I. Keausan termal dan penghilangan kobalt dari PDC

Dalam proses sintering tekanan tinggi PDC, kobalt bertindak sebagai katalis untuk mendorong kombinasi langsung berlian dan berlian, dan membuat lapisan berlian dan matriks tungsten karbida menjadi satu kesatuan, menghasilkan gigi pemotong PDC yang cocok untuk pengeboran geologi ladang minyak dengan ketangguhan tinggi dan ketahanan aus yang sangat baik,

Ketahanan panas berlian cukup terbatas. Di bawah tekanan atmosfer, permukaan berlian dapat bertransformasi pada suhu sekitar 900°C atau lebih tinggi. Selama penggunaan, PDC tradisional cenderung terdegradasi pada suhu sekitar 750°C. Saat pengeboran menembus lapisan batuan yang keras dan abrasif, PDC dapat dengan mudah mencapai suhu ini karena panas gesekan, dan suhu sesaat (yaitu, suhu terlokalisasi pada tingkat mikroskopis) bahkan bisa lebih tinggi, jauh melebihi titik leleh kobalt (1495°C).

Dibandingkan dengan berlian murni, karena adanya kobalt, berlian berubah menjadi grafit pada suhu yang lebih rendah. Akibatnya, keausan pada berlian disebabkan oleh grafitisasi yang dihasilkan dari panas gesekan lokal. Selain itu, koefisien ekspansi termal kobalt jauh lebih tinggi daripada berlian, sehingga selama pemanasan, ikatan antar butir berlian dapat terganggu oleh ekspansi kobalt.

Pada tahun 1983, dua peneliti melakukan perawatan penghilangan berlian pada permukaan lapisan berlian PDC standar, yang secara signifikan meningkatkan kinerja gigi PDC. Namun, penemuan ini tidak mendapatkan perhatian yang semestinya. Baru setelah tahun 2000, dengan pemahaman yang lebih mendalam tentang lapisan berlian PDC, para pemasok bor mulai menerapkan teknologi ini pada gigi PDC yang digunakan dalam pengeboran batuan. Gigi yang dirawat dengan metode ini cocok untuk formasi yang sangat abrasif dengan keausan mekanis termal yang signifikan dan umumnya disebut sebagai gigi "de-cobalted".

Proses "de-kobalt" ini dilakukan dengan cara tradisional untuk membuat PDC, kemudian permukaan lapisan berliannya direndam dalam asam kuat untuk menghilangkan fase kobalt melalui proses etsa asam. Kedalaman penghilangan kobalt dapat mencapai sekitar 200 mikron.

Uji keausan tugas berat dilakukan pada dua gigi PDC identik (salah satunya telah menjalani perawatan penghilangan kobalt pada permukaan lapisan intan). Setelah memotong granit sepanjang 5000m, ditemukan bahwa laju keausan PDC tanpa penghilangan kobalt mulai meningkat tajam. Sebaliknya, PDC dengan penghilangan kobalt mempertahankan kecepatan potong yang relatif stabil saat memotong batuan sepanjang sekitar 15000m.

2. Metode deteksi PDC

Ada dua macam metode untuk mendeteksi gigi PDC, yaitu pengujian destruktif dan pengujian non-destruktif.

1. Pengujian destruktif

Pengujian ini bertujuan untuk mensimulasikan kondisi lubang bor serealistis mungkin guna mengevaluasi kinerja gigi potong dalam kondisi tersebut. Dua bentuk utama pengujian destruktif adalah uji ketahanan aus dan uji ketahanan impak.

(1) Uji ketahanan aus

Tiga jenis peralatan digunakan untuk melakukan uji ketahanan aus PDC:

A. Mesin bubut vertikal (VTL)

Selama pengujian, pertama-tama pasang mata bor PDC ke mesin bubut VTL dan letakkan sampel batuan (biasanya granit) di samping mata bor PDC. Kemudian putar sampel batuan tersebut mengelilingi sumbu mesin bubut dengan kecepatan tertentu. Mata bor PDC memotong sampel batuan dengan kedalaman tertentu. Saat menggunakan granit untuk pengujian, kedalaman pemotongan ini umumnya kurang dari 1 mm. Pengujian ini dapat dilakukan secara kering maupun basah. Dalam "pengujian VTL kering", ketika mata bor PDC memotong batuan, tidak ada pendinginan yang diterapkan; semua panas gesekan yang dihasilkan memasuki PDC, mempercepat proses grafitasi berlian. Metode pengujian ini memberikan hasil yang sangat baik saat mengevaluasi mata bor PDC dalam kondisi yang membutuhkan tekanan pengeboran tinggi atau kecepatan putar tinggi.

"Uji VTL basah" mendeteksi masa pakai PDC dalam kondisi pemanasan sedang dengan mendinginkan gigi PDC dengan air atau udara selama pengujian. Oleh karena itu, sumber keausan utama dari uji ini adalah penggilingan sampel batuan, bukan faktor pemanasan.

B, mesin bubut horizontal

Uji ini juga dilakukan dengan granit, dan prinsip pengujiannya pada dasarnya sama dengan VTL. Waktu pengujian hanya beberapa menit, dan guncangan termal antara granit dan gigi PDC sangat terbatas.

Parameter uji granit yang digunakan oleh pemasok peralatan PDC akan bervariasi. Misalnya, parameter uji yang digunakan oleh Synthetic Corporation dan DI Company di Amerika Serikat tidak persis sama, tetapi mereka menggunakan material granit yang sama untuk pengujian mereka, yaitu batuan beku polikristalin kasar hingga sedang dengan porositas sangat rendah dan kuat tekan 190 MPa.

C. Alat ukur rasio abrasi

Pada kondisi tertentu, lapisan berlian PDC digunakan untuk memangkas roda gerinda silikon karbida, dan rasio laju keausan roda gerinda dan laju keausan PDC diambil sebagai indeks keausan PDC, yang disebut rasio keausan.

(2) Uji ketahanan benturan

Metode pengujian impak melibatkan pemasangan gigi PDC pada sudut 15-25 derajat, kemudian menjatuhkan benda dari ketinggian tertentu untuk menghantam lapisan berlian pada gigi PDC secara vertikal. Berat dan tinggi benda yang jatuh menunjukkan tingkat energi impak yang dialami oleh gigi uji, yang dapat meningkat secara bertahap hingga 100 joule. Setiap gigi dapat diimpaksi 3-7 kali hingga tidak dapat diuji lebih lanjut. Umumnya, setidaknya 10 sampel dari setiap jenis gigi diuji pada setiap tingkat energi. Karena terdapat rentang ketahanan gigi terhadap impak, hasil pengujian pada setiap tingkat energi merupakan rata-rata luas permukaan berlian yang terkelupas setelah impak untuk setiap gigi.

2. Pengujian non-destruktif

Teknik pengujian non-destruktif yang paling banyak digunakan (selain inspeksi visual dan mikroskopis) adalah pemindaian ultrasonik (Cscan).

Teknologi pemindaian C dapat mendeteksi cacat kecil dan menentukan lokasi serta ukurannya. Saat melakukan tes ini, pertama-tama tempatkan gigi PDC di dalam tangki air, lalu pindai dengan probe ultrasonik;

Artikel ini dicetak ulang dari “Jaringan Pengerjaan Logam Internasional“