Изобретение режущих элементов PDC вывело фиксированные режущие элементы на передовые позиции в буровой отрасли, и эта идея мгновенно завоевала популярность. Поскольку сдвиговое действие режущих элементов PDC более эффективно, чем дробильное действие кнопочных или зубчатых долот, фиксированные режущие элементы пользуются высоким спросом.
В 1982 году доля буровых коронок с PDC составляла всего 2 % от общего объема пробуренного ствола. В 2010 году 65 % общего объема пробуренного ствола приходилось на долю коронок с PDC.
Applications
The diamond drill bit is used in nearly all applications including geothermal energy drilling, mining, water well and natural gas drilling and oil well drilling. Total depths range from 100′ to 20,000′.
PDC drill bits are used extensively in natural gas drilling.
Limitations
Impact damage, heat damage and abrasive wear all inhibit a drill bit’s performance and can occur in even the softest geological formations. However, the most difficult formation for a PDC bit to drill are extremely abrasive ones.
With PDC popularity on the rise, bit manufacturing companies are seeking new materials and design aspects to make a tougher bit without compromising ROP.
Как изготавливаются режущие элементы PDC
Режущие элементы изготавливаются с помощью сочетания высокой температуры и высокого давления. Искусственные алмазы можно вырастить за 5–10 минут. Благодаря содержанию алмазов стационарный режущий элемент также может называться алмазным сверлом.
Под воздействием высокой температуры и давления образуется режущий элемент PDC (поликристаллический алмазный компакт).
Режущие элементы изготавливаются из карбидной подложки и алмазной крошки. Компакт формируется под воздействием высокой температуры около 2800 градусов и высокого давления примерно 1 000 000 фунтов на квадратный дюйм. В составе также присутствует кобальтовый сплав, который выступает в качестве катализатора процесса спекания. Кобальт способствует сцеплению карбида и алмаза.
В процессе охлаждения карбид вольфрама усаживается в 2,5 раза быстрее, чем алмаз. Контроль этого напряжения, как и большинство аспектов конструкции бурового долота, относится к сфере интеллектуальной собственности, и производители редко, если вообще когда-либо, раскрывают свои секреты.
Крупные и мелкие режущие элементы
Как правило, крупные режущие элементы (от 19 до 25 мм) обладают большей агрессивностью, чем мелкие. Однако они могут усиливать колебания крутящего момента. Кроме того, если укомплектованная буровая колонна (BHA) не рассчитана на такую повышенную агрессивность, это может привести к нестабильности.
Доказано, что в определенных условиях применения режущие элементы меньшего размера (8 мм, 10 мм, 13 мм и 16 мм) обеспечивают более высокую скорость проходки (ROP), чем режущие элементы большого размера. Одним из таких условий является бурение известняка.
Кроме того, долота, сконструированные с использованием режущих элементов меньшего размера, но в большем количестве, способны выдерживать более высокие ударные нагрузки.
Кроме того, мелкие режущие элементы образуют более мелкий буровой шлам, тогда как крупные — более крупный. Крупный буровой шлам может создавать проблемы с очисткой скважины, если буровой раствор не способен выносить шлам в зазор.
