Dans le domaine du forage pétrolier et gazier, le choix de la plaque composite en PDC la mieux adaptée (fraise à roche en PDC) est sans aucun doute le facteur essentiel pour équilibrer les deux indicateurs clés que sont le taux de pénétration (ROP) et la durabilité. Pour les ingénieurs de forage qui doivent souvent faire face à des roches dures abrasives ou à des formations intercalaires difficiles, les "meilleures" dents de coupe sont en fait très clairement définies : elles doivent avoir une grande résistance aux chocs (pour éviter l'écaillage catastrophique de la dent) et une excellente stabilité thermique (pour résister à la fissuration à chaud).

Dans ce lien, la première tâche consiste à trouver une usine source qui respecte strictement les normes de l'API et dont la qualité est constante et stable. Il ne s'agit pas seulement de garantir les performances, mais aussi de contrôler les coûts du projet en réduisant les temps improductifs (NPT).

Dans ce guide, je vais démonter comment optimiser vos performances de forage à partir des deux dimensions que sont les spécifications techniques et les normes de fabrication.

Le noyau technique

Rôle du processus de lixiviation du cobalt (technologie d'élimination du cobalt en profondeur)

Dans le processus de forage du pétrole et du gaz, la température élevée générée par la friction provoque l'expansion du catalyseur résiduel au cobalt dans la couche polycristalline du diamant. Cette expansion crée des contraintes internes qui conduisent à des microfissures, que nous appelons "dégradation thermique" dans l'industrie.

Solution : Nous utilisons une technologie avancée de décobalisation en profondeur (technologie de lixiviation en profondeur). En clair, il s'agit d'éliminer le catalyseur au cobalt de la surface de travail de la couche de diamant. Cela permet d'améliorer considérablement la stabilité thermique.
Résultat : Les dents de coupe conservent un bord tranchant même à des températures supérieures à 700°C. D'après mon expérience, cela est essentiel pour maintenir un rendement idéal dans les puits profonds et chauds.

Ingénierie de l'interface : prévention de la délamination

La surface de liaison entre la couche de diamant polycristallin et le substrat de carbure de tungstène est souvent une "nervure molle" dans des conditions d'impact élevé.

Interface non plane (NPI) : Personnellement, je m'oppose fermement à l'utilisation d'interfaces planes simples dans des conditions complexes. Au lieu de cela, nous concevons des géométries complexes qui libèrent les contraintes dans la couche de liaison. Cela permet de disperser plus efficacement l'énergie de l'impact. Cette conception réduit considérablement le risque de délamination (écaillage) lors du forage de formations instables telles que les conglomérats ou le calcaire broyé.

Sélection spécifique à la formation

Si l'on prend une haveuse polyvalente pour forer une formation spécifique, soit le ROP ne peut pas augmenter, soit il faut se retirer à l'avance. En fonction des données de forage actuelles, je vous suggère de clarifier les exigences selon les catégories suivantes :

Pour les formations tendres à moyennement dures (schiste, grès, mudstone)

• Objectif principal : cisaillement agressif, tirer le ROP à fond.
• Type de dent recommandé : Dents plates standard avec accent sur la résistance à l'usure (Standard Flat Cutters).
• Conception du chanfrein : Dans ce cas, j'ai tendance à choisir un angle de chanfrein plus petit. De cette manière, avec un poids sur le trépan (WOB) plus faible, les dents peuvent également s'enfoncer plus profondément dans la formation.

Pour les formations dures et abrasives (granit, quartzite, calcaire dur)

• Objectif principal : la survie et la résistance aux chocs.
• Type de dent recommandé : Dents en forme d'axe (Axe/Ridge) ou dents coniques. Ces structures géométriques uniques peuvent concentrer la force d'écrasement et sont beaucoup plus efficaces qu'une simple rupture par cisaillement.
• Conception du chanfrein : Un double chanfrein ou un grand chanfrein angulaire est nécessaire, principalement pour protéger l'arête de coupe contre les fissures lorsqu'elle touche la couche intermédiaire dure.

Identifier et résoudre les problèmes d'usure du PDC

L'usure des dents de coupe permet de déduire les conditions de travail dans les mines souterraines :

• Usure en douceur (méplat) : C'est normal. Mais si vous meulez trop vite, vous devez passer à une densité de diamant plus élevée ou à une granulométrie plus fine de la matrice.
• Fissure/Éclatement : Il s'agit d'une "défaillance fragile" typique. Les dents sont trop dures ou la résistance à l'impact n'est pas suffisante. Vous devez passer à une marque plus "cuir" (meilleure résistance) ou optimiser la conception de l'interface.
• Fissure thermique (peau de serpent/contrôle de la chaleur) : Les dents sont surchauffées. Pour s'en rendre compte, il faut aller voir les dents avec un enlèvement profond du cobalt, ou revenir en arrière pour vérifier s'il n'y a pas un problème avec la conception du refroidissement hydraulique du trépan.

Achat d'une fraise à roche PDC

Enfin, lors du contrôle de la qualité (CQ), ces trois données de test sont indispensables :

• Test VTL (tour vertical) : simuler une usure importante afin de s'assurer que la norme de durée de vie est respectée.
• Tour de chute : Mesurer l'absorption totale de l'énergie d'impact, qui est un indicateur difficile à mesurer pour garantir la solidité.
• Détection des défauts par ultrasons C- Scan : doit veiller à ce que l'interface en carbure cémenté au diamant ne présente aucun défaut interne, ni aucun risque de délamination.

À propos de l'auteur Michael Ross 
Je suis Michael Ross Avec plus de 11 ans d'expérience dans les matériaux super-durs et la dynamique de forage, je suis spécialisé dans l'analyse des défaillances et l'optimisation des taillants pour les formations pétrolières et gazières complexes. Titulaire d'une maîtrise en science des matériaux, je m'efforce de combler le fossé entre la métallurgie de fabrication et l'application en fond de puits, afin d'aider les équipes de forage à éliminer les défaillances prématurées des trépans et à maximiser le rendement.