1. Введение
Благодаря постоянному развитию технологий разведки и добычи нефти и газа композитные листы PDC для нефти и газа являются ключевым материалом для буровых инструментов. Их характеристики и качество имеют решающее значение для повышения эффективности бурения, снижения затрат и обеспечения бесперебойного хода горнодобывающих работ. Целью этого исследовательского отчета является глубокое изучение состава материала, процесса подготовки, эксплуатационных характеристик, статуса применения и будущих тенденций развития композитных листов PDC, а также предоставление справочной информации по исследованиям и производству в смежных областях.
2. Структура и состав композитного листа PDC.
Композитные листы PDC обычно состоят из слоя поликристаллического алмаза (PCD) и карбидной подложки.
(1) Слой поликристаллического алмаза (PCD)
PCD изготовлен из алмазного порошка, спеченного в условиях высокой температуры и высокого давления. Он обладает чрезвычайно высокой твердостью, износостойкостью и режущей способностью и может эффективно резать твердые породы, такие как камни. Такие факторы, как гранулометрический состав, массовая чистота и параметры процесса спекания алмазного порошка, оказывают существенное влияние на характеристики слоя PCD.
(2) Твердосплавная подложка
В качестве опоры для слоя PCD подложка из цементированного карбида обладает хорошей вязкостью и прочностью и может выдерживать ударную силу и крутящий момент во время сверления. Процесс выбора и подготовки материала подложки также играет важную роль в общих характеристиках композитного листа. Обычные компоненты цементированного карбида включают WC (карбид вольфрама), Co (кобальт) и другие элементы, которые можно регулировать, регулируя их состав. Оптимизация соотношения и микроструктуры.
3. Процесс подготовки композитных листов PDC.
(1) Метод синтеза при высокой температуре и высоком давлении.
В настоящее время это один из наиболее часто используемых методов приготовления композитных таблеток ПДК. После равномерного смешивания алмазного порошка с соответствующим количеством металлического катализатора поместите его на подложку из цементированного карбида, а затем спекайте в оборудовании с высокой температурой и высоким давлением, чтобы алмазный порошок претерпел фазовое изменение и спекался при высокой температуре. Условия температуры и высокого давления для формирования слоя поликристаллического алмаза и композитных листов с прочно связанными между собой подложками. Этот метод позволяет получать композитные листы PDC с высоким качеством и стабильностью характеристик, но стоимость оборудования высока, а требования к контролю процесса строгие.
(2) Другие методы приготовления
В последние годы некоторые новые методы подготовки, такие как плазменное химическое осаждение из паровой фазы (PECVD) и взрывное спекание, также привлекли определенное внимание при исследованиях подготовки композитных листов PDC. Эти методы имеют определенные преимущества в конкретных аспектах. Например, метод PECVD позволяет приготовить слой PCD при более низкой температуре, что способствует повышению ударной вязкости композитного листа. Метод спекания взрывом обладает характеристиками быстрого и эффективного; в настоящее время эти методы не используются в промышленном производстве. Применений сравнительно немного, и они все еще находятся на стадии исследований и оптимизации.
4. Эксплуатационные характеристики композитных листов PDC
(1) Твердость и износостойкость
Композитный лист PDC имеет чрезвычайно высокую твердость, его значение твердости может достигать HV3000-8000, что намного выше, чем у обычного твердого сплава и стали. Это обеспечивает превосходную износостойкость при резке горных пород и может значительно улучшить срок службы буровых коронок, сокращая срок службы. количество спускоподъемных операций, что повышает эффективность бурения.
(2) Производительность резки
Благодаря высокой твердости слоя PCD и острой режущей кромке композитный лист PDC может генерировать меньшую силу резания и тепло при резке породы, что полезно для защиты целостности породы и уменьшения таких проблем, как обрушение и образование стенок скважины. повреждения при бурении, а также снижает энергопотребление бурового оборудования.
(3) Ударная вязкость
Хотя твердость слоя PCD очень высока, благодаря разумному проектированию и процессу подготовки композитный лист PDC может иметь определенную ударопрочность и вязкость, а также выдерживать различные ударные нагрузки, возникающие во время бурения, такие как изменения пласта, биение бурового долота, и т. д., и вероятность возникновения разрывов и повреждений снижается, что обеспечивает непрерывность и стабильность буровых работ.
(4) Термическая стабильность
Композитные листы PDC обладают хорошей термической стабильностью в определенном температурном диапазоне и могут сохранять стабильные характеристики в высокотемпературных средах. Они не вызывают графитизации или другого ухудшения характеристик алмаза из-за высоких температур, что важно для высокотемпературных применений, таких как глубокие работы. скважин и сверхглубоких скважин. Особое значение имеют буровые работы в условиях окружающей среды.
5. Текущий статус применения композитных листов PDC в нефтегазовой отрасли.
(1) Буровое поле
Являясь одним из основных инструментов для бурения нефти и газа, буровые долота PDC широко используются при бурении в различных пластах, особенно в пластах от мягких до среднетвердых. Буровые долота PDC обладают характеристиками высокой скорости бурения, длительного срока службы и долговечности. Низкая стоимость бурения. Низкосортные сверла имеют очевидные преимущества и стали основным типом сверл в современной технологии бурения. Благодаря постоянному улучшению характеристик композитных листов PDC и инновациям в конструкции и технологии производства буровых долот сфера их применения постепенно расширяется до твердых и сложных пород.
(2) Поле заканчивания скважины
При операциях заканчивания нефтяных и газовых скважин композитные листы ПДК также используются при изготовлении некоторых специальных инструментов, таких как щелевые хвостовики, противопесочные фильтры и т. д. Путем наложения композитных листов ПДК на поверхности этих инструментов повышается их износостойкость и стойкость. можно улучшить коррозионную активность, продлить срок службы инструментов и обеспечить качество и эффект завершающих операций.
6. Состояние рынка и конкурентная среда композитных таблеток PDC.
(1) Размер рынка
Поскольку глобальная деятельность по разведке и разработке нефти и газа продолжает активно развиваться, спрос на композитные листы PDC также растет. В последние годы размер рынка композитных листов PDC демонстрировал устойчивую тенденцию к росту, и ожидается, что в ближайшие несколько лет он сохранит определенную тенденцию роста, в основном обусловленную такими факторами, как разработка нефти и газа на развивающихся рынках и производство. увеличение и преобразование старых нефтяных месторождений.
(2) Конкурентная среда
В настоящее время мировой рынок композитных листов PDC является высококонкурентным, при этом основные производители сконцентрированы в США, Китае, Южной Корее и других странах. Всемирно известные компании, такие как Schlumberger и Halliburton в США, занимают значительную долю рынка высококачественных композитных чипов PDC благодаря своим передовым технологиям, преимуществам бренда и глобальной сети продаж, такие как Sifangda и Huanghe Tornado, продолжают расширять исследования и Развитие Инвестиции и технологические инновации постепенно улучшили качество продукции и рыночную конкурентоспособность. Компания также завоевала определенную долю рынка на рынке среднего и низкого уровня и в некоторых сегментах рынка высокого класса и продемонстрировала тенденцию перехода к высокому уровню. -конечный рынок.
7. Тенденции развития и проблемы композитных таблеток PDC.
(1) Тенденции развития
Высокая производительность
В будущем композитные листы PDC будут развиваться в направлении более высокой твердости, износостойкости, ударной вязкости и термической стабильности, чтобы удовлетворить потребности разведки и разработки нефти и газа, а также расширяться в глубокие скважины, сверхглубокие скважины, глубоководные океанские воды и сложные пласты. За счет улучшения формулы материала, оптимизации процесса подготовки и использования новых алмазных порошков и материалов подложки комплексные характеристики композитного листа постоянно улучшаются.
Персонализированная настройка
С постоянным развитием технологий бурения и увеличением разнообразия условий бурения требования к характеристикам композитных листов PDC становятся все более персонализированными. В будущем добывающие компании будут уделять больше внимания разработке индивидуальных изделий из композитных листов PDC с учетом различных условий пласта, процессов бурения и потребностей клиентов для достижения наилучших результатов бурения и экономической выгоды.
Интеллектуальное производство
Используйте передовые цифровые технологии, интеллектуальные производственные технологии и технологии анализа больших данных для реализации интеллектуального контроля и мониторинга качества процесса производства композитных листов PDC, повышения эффективности производства и стабильности качества продукции, снижения производственных затрат и оказания поддержки в разработке и оптимизации продукции. Предоставляйте данные. поддерживать.
(2) Проблемы, с которыми пришлось столкнуться
Техническое узкое место
Хотя в разработке и производстве композитных листов PDC был достигнут значительный прогресс, все еще существуют некоторые технические проблемы, которые необходимо решить, например, как дополнительно улучшить производительность резки и срок службы композитных листов в сверхтвердых породах и высоких температурах. -температура и среда высокого давления, а также способы решения проблемы прочности соединения между слоем PCD и подложкой, а также способы достижения крупномасштабной и недорогой подготовки высокопроизводительных композитных листов PDC и т. д.
Поставка сырья и затраты
Стабильность поставок и колебания цен на алмазный порошок и некоторые специальные виды твердосплавного сырья оказывают определенное влияние на производство и контроль затрат на композитные листы PDC. По мере увеличения рыночного спроса поставки сырья могут столкнуться с определенным давлением. В то же время рост цен на сырье также приведет к сокращению прибыли предприятий. Поэтому вопрос о том, как обеспечить стабильные поставки сырья и снизить затраты на сырье. одна из важных задач, стоящих перед предприятиями.
давление рыночной конкуренции
Конкуренция на мировом рынке композитных листов PDC является жесткой. Компаниям приходится сталкиваться не только с конкуренцией со стороны всемирно известных брендов, но также с ценовой конкуренцией и технологической конкуренцией среди отечественных аналогов. Поскольку рыночная конкуренция становится все более интенсивной, компаниям необходимо постоянно повышать свою основную конкурентоспособность, укреплять возможности по созданию брендов и расширению рынка, чтобы оставаться непобедимыми в жесткой рыночной конкуренции.
8. Заключение
Являясь ключевым материалом в нефтегазовой промышленности, композитные листы PDC для нефти и газа играют важную роль в бурении и заканчивании скважин. Благодаря постоянному совершенствованию процесса подготовки и оптимизации состава и характеристик материала размер рынка и сфера применения композитных листов PDC продолжают расширяться. Однако его развитие также сталкивается со многими проблемами, такими как технические узкие места, поставка и стоимость сырья, а также рыночная конкуренция. Ожидается, что в будущем, благодаря постоянному совершенствованию и инновациям технологий, композитные листы PDC достигнут прорыва в области высокой производительности, индивидуальной настройки и интеллектуального производства, обеспечивая более мощную поддержку эффективной и безопасной добычи полезных ископаемых в нефтегазовой отрасли.
