Keausan termal dan penghilangan kobalt pada PDC

I. Keausan termal dan penghilangan kobalt pada PDC

Dalam proses sintering bertekanan tinggi PDC, kobalt bertindak sebagai katalis untuk mendorong kombinasi langsung antara intan dan intan, dan membuat lapisan intan dan matriks karbida tungsten menjadi satu kesatuan, sehingga menghasilkan mata bor PDC yang cocok untuk pengeboran geologi ladang minyak dengan ketangguhan tinggi dan ketahanan aus yang sangat baik.

Ketahanan panas intan cukup terbatas. Di bawah tekanan atmosfer, permukaan intan dapat berubah pada suhu sekitar 900℃ atau lebih tinggi. Selama penggunaan, PDC tradisional cenderung terdegradasi pada suhu sekitar 750℃. Saat mengebor lapisan batuan yang keras dan abrasif, PDC dapat dengan mudah mencapai suhu ini karena panas gesekan, dan suhu sesaat (yaitu, suhu lokal pada tingkat mikroskopis) bahkan dapat 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 butiran berlian dapat terganggu oleh ekspansi kobalt.

Pada tahun 1983, dua peneliti melakukan perawatan penghilangan intan pada permukaan lapisan intan PDC standar, yang secara signifikan meningkatkan kinerja gigi PDC. Namun, penemuan ini tidak mendapatkan perhatian yang seharusnya. Baru setelah tahun 2000, dengan pemahaman yang lebih dalam tentang lapisan intan PDC, 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 termomekanis yang signifikan dan umumnya disebut sebagai gigi "de-kobalt".

Yang disebut "de-kobalt" dibuat dengan cara tradisional untuk membuat PDC, kemudian permukaan lapisan intannya 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 5000m granit, ditemukan bahwa laju keausan PDC yang tidak dihilangkan kobaltnya mulai meningkat tajam. Sebaliknya, PDC yang dihilangkan kobaltnya mempertahankan kecepatan pemotongan yang relatif stabil saat memotong sekitar 15000m batuan.

2. Metode deteksi PDC

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

1. Pengujian destruktif

Pengujian ini bertujuan untuk mensimulasikan kondisi di bawah permukaan tanah serealistis mungkin guna mengevaluasi kinerja mata pisau pemotong dalam kondisi tersebut. Dua bentuk utama pengujian destruktif adalah uji ketahanan aus dan uji ketahanan benturan.

(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 sebelah mata bor PDC. Kemudian putar sampel batuan di sekitar sumbu mesin bubut dengan kecepatan tertentu. Mata bor PDC akan 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 atau basah. Dalam "pengujian VTL kering," ketika mata bor PDC memotong batuan, tidak ada pendinginan yang diterapkan; semua panas gesekan yang dihasilkan masuk ke PDC, mempercepat proses grafitisasi intan. Metode pengujian ini memberikan hasil yang sangat baik saat mengevaluasi mata bor PDC dalam kondisi yang membutuhkan tekanan pengeboran tinggi atau kecepatan putaran tinggi.

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

B, mesin bubut horizontal

Pengujian 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 roda gigi 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 kelas kasar hingga sedang dengan porositas sangat rendah dan kekuatan tekan 190 MPa.

C. Instrumen pengukur rasio abrasi

Dalam kondisi yang ditentukan, lapisan intan 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 benturan melibatkan pemasangan gigi PDC pada sudut 15-25 derajat dan kemudian menjatuhkan benda dari ketinggian tertentu untuk mengenai lapisan berlian pada gigi PDC secara vertikal. Berat dan tinggi benda yang jatuh menunjukkan tingkat energi benturan yang dialami oleh gigi uji, yang secara bertahap dapat meningkat hingga 100 joule. Setiap gigi dapat dibenturkan 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 resistensi gigi terhadap benturan, hasil pengujian pada setiap tingkat energi adalah rata-rata luas area pengelupasan berlian setelah benturan untuk setiap gigi.

2. Pengujian tanpa merusak

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 ukuran cacat tersebut. Saat melakukan pengujian ini, pertama-tama letakkan gigi PDC di dalam tangki air, lalu pindai dengan probe ultrasonik;

Artikel ini dicetak ulang dari “Jaringan Pengerjaan Logam Internasional“