पीडीसी का तापीय घिसाव और कोबाल्ट का निष्कासन

I. पीडीसी का तापीय घिसाव और कोबाल्ट का निष्कासन

पीडीसी की उच्च दबाव वाली सिंटरिंग प्रक्रिया में, कोबाल्ट हीरे और हीरे के सीधे संयोजन को बढ़ावा देने के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है, और हीरे की परत और टंगस्टन कार्बाइड मैट्रिक्स को एक संपूर्ण इकाई बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च कठोरता और उत्कृष्ट घिसाव प्रतिरोध के साथ तेल क्षेत्र की भूवैज्ञानिक ड्रिलिंग के लिए उपयुक्त पीडीसी कटिंग दांत प्राप्त होते हैं।

हीरे की ताप प्रतिरोधक क्षमता काफी सीमित होती है। वायुमंडलीय दबाव में, हीरे की सतह लगभग 900°C या उससे अधिक तापमान पर परिवर्तित हो सकती है। उपयोग के दौरान, पारंपरिक पीडीसी लगभग 750°C पर खराब होने लगते हैं। कठोर और घर्षणशील चट्टानी परतों में ड्रिलिंग करते समय, घर्षण से उत्पन्न ऊष्मा के कारण पीडीसी आसानी से इस तापमान तक पहुँच सकते हैं, और तात्कालिक तापमान (अर्थात सूक्ष्म स्तर पर स्थानीय तापमान) इससे भी अधिक हो सकता है, जो कोबाल्ट के गलनांक (1495°C) से कहीं अधिक होता है।

शुद्ध हीरे की तुलना में, कोबाल्ट की उपस्थिति के कारण हीरा कम तापमान पर ग्रेफाइट में परिवर्तित हो जाता है। परिणामस्वरूप, हीरे पर होने वाला घिसाव स्थानीय घर्षण ऊष्मा से उत्पन्न ग्रेफाइटीकरण के कारण होता है। इसके अतिरिक्त, कोबाल्ट का तापीय प्रसार गुणांक हीरे की तुलना में बहुत अधिक होता है, इसलिए गर्म करने पर, कोबाल्ट के प्रसार से हीरे के कणों के बीच का बंधन टूट सकता है।

1983 में, दो शोधकर्ताओं ने मानक पीडीसी डायमंड परतों की सतह पर डायमंड रिमूवल ट्रीटमेंट किया, जिससे पीडीसी टीथ्स का प्रदर्शन काफी बेहतर हो गया। हालांकि, इस आविष्कार को उतना ध्यान नहीं मिला जितना मिलना चाहिए था। 2000 के बाद ही, पीडीसी डायमंड परतों की गहरी समझ विकसित होने पर, ड्रिल आपूर्तिकर्ताओं ने चट्टानों की ड्रिलिंग में उपयोग होने वाले पीडीसी टीथ्स पर इस तकनीक को लागू करना शुरू किया। इस विधि से उपचारित टीथ्स अत्यधिक घर्षण वाली संरचनाओं के लिए उपयुक्त होते हैं जिनमें थर्मल मैकेनिकल घिसाव काफी अधिक होता है और इन्हें आमतौर पर "डी-कोबाल्टेड" टीथ्स कहा जाता है।

तथाकथित "डी-कोबाल्ट" को पीडीसी बनाने की पारंपरिक विधि से तैयार किया जाता है, और फिर इसकी हीरे की परत की सतह को प्रबल अम्ल में डुबोकर अम्ल-नक़्क़ाशी प्रक्रिया द्वारा कोबाल्ट चरण को हटाया जाता है। कोबाल्ट हटाने की गहराई लगभग 200 माइक्रोन तक पहुँच सकती है।

दो एक जैसे पीडीसी दांतों (जिनमें से एक पर हीरे की परत से कोबाल्ट हटाने का उपचार किया गया था) पर भारी घिसाव परीक्षण किया गया। 5000 मीटर ग्रेनाइट काटने के बाद, यह पाया गया कि कोबाल्ट रहित पीडीसी की घिसाव दर तेजी से बढ़ने लगी। इसके विपरीत, कोबाल्ट रहित पीडीसी ने लगभग 15000 मीटर चट्टान काटते समय अपेक्षाकृत स्थिर कटाई गति बनाए रखी।

2. पीडीसी की पहचान विधि

पीडीसी दांतों का पता लगाने के दो तरीके हैं, अर्थात् विनाशकारी परीक्षण और गैर-विनाशकारी परीक्षण।

1. विनाशकारी परीक्षण

इन परीक्षणों का उद्देश्य जलमग्नता के दौरान उत्पन्न होने वाली स्थितियों का यथासंभव वास्तविक रूप से अनुकरण करना है, ताकि ऐसी परिस्थितियों में काटने वाले दांतों के प्रदर्शन का मूल्यांकन किया जा सके। विनाशकारी परीक्षण के दो मुख्य प्रकार हैं: घिसाव प्रतिरोध परीक्षण और प्रभाव प्रतिरोध परीक्षण।

(1) घिसाव प्रतिरोध परीक्षण

पीडीसी घिसाव प्रतिरोध परीक्षण करने के लिए तीन प्रकार के उपकरणों का उपयोग किया जाता है:

ए. वर्टिकल लेथ (वीटीएल)

परीक्षण के दौरान, सबसे पहले PDC बिट को VTL लेथ पर लगाएं और PDC बिट के बगल में एक चट्टान का नमूना (आमतौर पर ग्रेनाइट) रखें। फिर चट्टान के नमूने को लेथ अक्ष के चारों ओर एक निश्चित गति से घुमाएं। PDC बिट चट्टान के नमूने में एक विशिष्ट गहराई तक कटाई करता है। परीक्षण के लिए ग्रेनाइट का उपयोग करते समय, यह कटाई की गहराई आमतौर पर 1 मिमी से कम होती है। यह परीक्षण शुष्क या आर्द्र दोनों प्रकार से किया जा सकता है। "शुष्क VTL परीक्षण" में, जब PDC बिट चट्टान को काटता है, तो कोई शीतलन नहीं लगाया जाता है; उत्पन्न होने वाली सभी घर्षण ऊष्मा PDC में प्रवेश करती है, जिससे हीरे के ग्रेफाइटीकरण की प्रक्रिया तेज हो जाती है। यह परीक्षण विधि उच्च ड्रिलिंग दबाव या उच्च घूर्णी गति की आवश्यकता वाली स्थितियों में PDC बिट्स का मूल्यांकन करते समय उत्कृष्ट परिणाम देती है।

"वेट वीटीएल टेस्ट" परीक्षण के दौरान पीडीसी के दांतों को पानी या हवा से ठंडा करके मध्यम ताप की स्थिति में पीडीसी के जीवनकाल का पता लगाता है। इसलिए, इस परीक्षण में घिसाव का मुख्य कारण ताप कारक के बजाय चट्टान के नमूने का घिसना है।

बी, क्षैतिज खराद

यह परीक्षण ग्रेनाइट के साथ भी किया जाता है, और परीक्षण का सिद्धांत मूल रूप से वीटीएल के समान ही है। परीक्षण का समय केवल कुछ मिनट है, और ग्रेनाइट और पीडीसी दांतों के बीच थर्मल शॉक बहुत सीमित होता है।

पीडीसी गियर आपूर्तिकर्ताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले ग्रेनाइट परीक्षण मापदंड भिन्न-भिन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका में सिंथेटिक कॉर्पोरेशन और डीआई कंपनी द्वारा उपयोग किए जाने वाले परीक्षण मापदंड बिल्कुल समान नहीं हैं, लेकिन वे अपने परीक्षणों के लिए एक ही ग्रेनाइट सामग्री का उपयोग करते हैं, जो बहुत कम सरंध्रता और 190 एमपीए की संपीडन शक्ति वाली एक मोटे से मध्यम श्रेणी की बहुक्रिस्टलीय आग्नेय चट्टान है।

सी. घर्षण अनुपात मापने का उपकरण

निर्दिष्ट परिस्थितियों में, पीडीसी की हीरे की परत का उपयोग सिलिकॉन कार्बाइड ग्राइंडिंग व्हील को ट्रिम करने के लिए किया जाता है, और ग्राइंडिंग व्हील की घिसाव दर और पीडीसी की घिसाव दर के अनुपात को पीडीसी का घिसाव सूचकांक माना जाता है, जिसे घिसाव अनुपात कहा जाता है।

(2) प्रभाव प्रतिरोध परीक्षण

प्रभाव परीक्षण की विधि में पीडीसी दांतों को 15-25 डिग्री के कोण पर स्थापित किया जाता है और फिर एक निश्चित ऊंचाई से एक वस्तु को पीडीसी दांतों पर हीरे की परत पर लंबवत रूप से गिराया जाता है। गिरने वाली वस्तु का वजन और ऊंचाई परीक्षण किए जा रहे दांत द्वारा अनुभव की गई प्रभाव ऊर्जा के स्तर को दर्शाते हैं, जो धीरे-धीरे 100 जूल तक बढ़ सकता है। प्रत्येक दांत पर 3-7 बार प्रभाव डाला जा सकता है जब तक कि उसका आगे परीक्षण न किया जा सके। सामान्यतः, प्रत्येक प्रकार के दांत के कम से कम 10 नमूनों का प्रत्येक ऊर्जा स्तर पर परीक्षण किया जाता है। चूंकि दांतों के प्रभाव प्रतिरोध में भिन्नता होती है, इसलिए प्रत्येक ऊर्जा स्तर पर परीक्षण परिणाम प्रत्येक दांत के लिए प्रभाव के बाद हीरे के छिलने के औसत क्षेत्र को दर्शाते हैं।

2. गैर-विनाशकारी परीक्षण

दृश्य और सूक्ष्मदर्शी निरीक्षण के अलावा, सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली गैर-विनाशकारी परीक्षण तकनीक अल्ट्रासोनिक स्कैनिंग (सीस्कैन) है।

सी स्कैनिंग तकनीक छोटे दोषों का पता लगा सकती है और दोषों के स्थान और आकार का निर्धारण कर सकती है। इस परीक्षण को करते समय, सबसे पहले पीडीसी दांत को पानी के टैंक में रखें, और फिर अल्ट्रासोनिक प्रोब से स्कैन करें;

यह लेख “से पुनर्मुद्रित किया गया है”अंतर्राष्ट्रीय धातु कार्य नेटवर्क“