Автор：Данни Э. Скотт--Инженеры-исследователи компании PDC Cutter из Элемент шестой

Элемент шестойдочерняя компания De Beers Group, является мировым лидером в производстве синтетических алмазов и сверхтвердых материалов. Штаб-квартира компании находится в Великобритании, она разрабатывает и производит такие продукты, как Фрезы PDC, промышленные алмазные инструменты и монокристаллические алмазы полупроводникового качестваобслуживает различные отрасли промышленности, от бурения нефтяных и газовых скважин до прецизионной обработки, электроники, терморегулирования и квантовых технологий.

Обладая десятилетиями опыта в области высокотемпературного синтеза при высоком давлении (HPHT) и инновационных материалов, компания Element Six, наряду с US Synthetic, признана одним из ведущих мировых пионеров в области производства резцов PDC.

Что такое фреза Pdc?

Фреза PDC, полное название - поликристаллическая алмазная компактная фреза, это не простой алмаз, а высокопроизводительный композитный материал.

Состав материала и эксплуатационные преимущества

По составу материала PDC Cutter в основном состоит из двух частей: слоя алмазного порошка и слоя подложки из карбида вольфрама. Представьте себе спекание отборных алмазных микропорошков с прочной подложкой из карбида вольфрама при очень высоких температурах и давлении. Этот процесс похож на надевание прочной "брони" на алмаз, что значительно улучшает его характеристики.

Износостойкость и твердость традиционных твердосплавных режущих зубьев часто оказываются недостаточными перед лицом некоторых экстремальных образований. Появление резцов PDC полностью изменило ситуацию. Алмазный слой придает режущему зубу непревзойденную твердость и износостойкость, что означает, что он может поддерживать более длительный срок службы и более высокую эффективность бурения при бурении твердых, высокоабразивных образований. В то же время подложка из карбида вольфрама обеспечивает превосходную прочность и ударостойкость, эффективно предотвращая раскалывание режущих зубьев в сложных условиях работы.

Проще говоря, преимущество PDC Cutter заключается в том, что он сочетает в себе сверхвысокую твердость алмаза и превосходную прочность карбида вольфрама, создавая синергетический эффект, благодаря которому он отлично работает в чрезвычайно жестких условиях бурения.

Разумеется, резцы PDC бывают разных форм, чтобы соответствовать различным формациям и потребностям бурения.

Дизайн и применение фрез Pdc с различными формами

A. Планарная фреза PDC

Концепция дизайна: Это наиболее часто используемая нами базовая форма. Проще говоря, это стремление к максимизации площади резания для обеспечения стабильной и эффективной силы резания. Эта конструкция предназначена для наиболее прямого и эффективного разрушения породы в средних и твердых пластах.

Сценарий применения: На мой взгляд, это синоним эффективности бурения. Когда требуется быстрое бурение и высокая скорость проходки, плоские режущие зубья часто являются первым выбором.

Задача научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ: Несмотря на кажущуюся простоту, добиться хорошей работы не так-то просто. Наша главная головная боль - равномерность износа и управление термической стабильностью. Сверла PDC работают в условиях высокоскоростного вращения и высокого давления, и режущие зубья выделяют большое количество тепла. Как эффективно отводить тепло и избежать локального перегрева, приводящего к поломке, - вот проблема, которую мы преодолеваем. В то же время нам также необходимо точно настроить угол резания и угол обратного хода для оптимизации производительности, чтобы обеспечить максимальный эффект при работе в различных формациях.

B. Конический резец PDC

 Концепция конструкции: По сравнению с "поверхностным" контактом плоских режущих зубьев, коническая фреза PDC отличается острой геометрией, которая позволяет оказывать большее напряжение на единицу площади на меньшей площади контакта. Такая конструкция предназначена для лучшего разрыва твердых, плотных пластов.

 Сценарий применения: Когда мы сталкиваемся с твердыми пластами или пластами с чрезвычайно абразивными материалами, преимущество конической фрезы PDC перед ударопрочностью выходит на первый план. Это может эффективно снизить риск повреждения PDC Cutter и продлить срок службы бурового долота.

 Задачи научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ: Главное - найти оптимальный баланс между остротой и устойчивостью к повреждениям. Мы всегда хотим сделать его более острым, но чрезмерная острота может привести к тому, что он будет легче ломаться при ударе. Мы также изучаем различные конусности, например полусферические или параболические формы, - эти тонкие геометрические изменения могут существенно повлиять на эффективность резания и срок службы.

C. Овальная/дуговая фреза PDC

Концепция дизайна: Я лично считаю, что эта форма - 1 разумное сочетание преимуществ плоскости и конуса. Дугообразный переход может обеспечить более высокую ударопрочность и долговечность, сохраняя при этом хорошую эффективность резки.

Сценарии применения: сложные пласты, чередующиеся пласты, это очень сложные ситуации. Овальная/дуговая PDC-фреза может эффективно снизить вибрацию во время бурения и повысить стабильность бурения.

Задача разработки: Точный контроль этой геометрии - ключевой момент. Мы должны убедиться, что каждая дуга, каждая поверхность может достичь наилучшего распределения напряжений, чтобы действительно использовать свои преимущества. Например, дизайн радиан напрямую влияет на эффект удаления обломков и самозатачивание PDC Cutter, что является важными инженерными деталями, которые мы должны учитывать.

D. Фреза PDC с геометрическим профилем

Концепция дизайна: Эти PDC-фрезы часто проектируются с большими мозговыми отверстиями, они имеют асимметричную или сложную геометрию и специально разработаны для решения конкретных задач бурения, например, для улучшения возможностей бокового резания или для решения определенных проблем с закручиванием.

Сценарий применения: при направляющем бурении, расширении скважины или при встрече с особыми образованиями, когда необходимо преодолеть традиционный метод резки, пригодится режущий зуб специальной формы.

Задачи НИОКР: Сложность производственного процесса является основной проблемой. Во-вторых, требуется много расчетов и экспериментов, чтобы точно смоделировать силу воздействия на пласт и оценить механизм разрушения породы. Например, режущие зубья с канавками, бугорками или многоугольными краями меняют способ разрушения горных пород, но оптимизация этих деталей требует глубокого инженерного анализа.