पीडीसी का तापीय घिसाव और कोबाल्ट हटाना

I. पीडीसी का थर्मल वियर और कोबाल्ट हटाना

पीडीसी की उच्च दबाव सिंटरिंग प्रक्रिया में, कोबाल्ट हीरे और हीरे के प्रत्यक्ष संयोजन को बढ़ावा देने के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है, और हीरे की परत और टंगस्टन कार्बाइड मैट्रिक्स को एक पूरे में बदल देता है, जिसके परिणामस्वरूप पीडीसी काटने वाले दांत उच्च क्रूरता और उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध के साथ तेल क्षेत्र भूवैज्ञानिक ड्रिलिंग के लिए उपयुक्त होते हैं,

हीरे का ताप प्रतिरोध काफी सीमित होता है। वायुमंडलीय दबाव में, हीरे की सतह लगभग 900°C या उससे अधिक तापमान पर रूपांतरित हो सकती है। उपयोग के दौरान, पारंपरिक PDC लगभग 750°C पर क्षीण हो जाते हैं। कठोर और अपघर्षक चट्टान परतों में ड्रिलिंग करते समय, PDC घर्षण ऊष्मा के कारण आसानी से इस तापमान तक पहुँच सकते हैं, और तात्कालिक तापमान (अर्थात, सूक्ष्म स्तर पर स्थानीयकृत तापमान) और भी अधिक हो सकता है, जो कोबाल्ट के गलनांक (1495°C) से भी कहीं अधिक हो सकता है।

शुद्ध हीरे की तुलना में, कोबाल्ट की उपस्थिति के कारण, हीरा कम तापमान पर ग्रेफाइट में परिवर्तित हो जाता है। परिणामस्वरूप, स्थानीय घर्षण ऊष्मा से उत्पन्न ग्रेफाइटीकरण के कारण हीरे का घिसाव 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 PDC हीरा परतों की सतह पर हीरा निष्कासन उपचार किया, जिससे PDC दांतों के प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार हुआ। हालाँकि, इस आविष्कार को वह ध्यान नहीं मिला जिसके वह हकदार था। 2000 के बाद ही, PDC हीरा परतों की गहरी समझ के साथ, ड्रिल आपूर्तिकर्ताओं ने रॉक ड्रिलिंग में इस्तेमाल होने वाले PDC दांतों पर इस तकनीक का उपयोग शुरू किया। इस विधि से उपचारित दांत अत्यधिक अपघर्षक संरचनाओं के लिए उपयुक्त होते हैं जिनमें महत्वपूर्ण तापीय यांत्रिक घिसाव होता है और इन्हें आमतौर पर "डी-कोबाल्टेड" दांत कहा जाता है।

तथाकथित "डी-कोबाल्ट" को पारंपरिक तरीके से पीडीसी बनाने के लिए बनाया जाता है, और फिर इसकी हीरे की परत की सतह को एसिड एचिंग प्रक्रिया के माध्यम से कोबाल्ट चरण को हटाने के लिए मजबूत एसिड में डुबोया जाता है। कोबाल्ट हटाने की गहराई लगभग 200 माइक्रोन तक पहुँच सकती है।

दो समान पीडीसी दांतों (जिनमें से एक पर हीरे की परत की सतह पर कोबाल्ट हटाने का उपचार किया गया था) पर एक गहन घिसाव परीक्षण किया गया। 5000 मीटर ग्रेनाइट काटने के बाद, यह पाया गया कि बिना कोबाल्ट हटाए गए पीडीसी की घिसाव दर में तेज़ी से वृद्धि होने लगी। इसके विपरीत, कोबाल्ट हटाए गए पीडीसी ने लगभग 15000 मीटर चट्टान काटते समय अपेक्षाकृत स्थिर काटने की गति बनाए रखी।

2. पीडीसी का पता लगाने की विधि

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

1. विनाशकारी परीक्षण

इन परीक्षणों का उद्देश्य यथासंभव वास्तविक रूप से नीचे की ओर स्थित स्थितियों का 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) पहनने के प्रतिरोध परीक्षण

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

A. वर्टिकल लेथ (VTL)

परीक्षण के दौरान, पहले PDC बिट को VTL लेथ पर लगाएँ 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 घुमाएँ। PDC बिट चट्टान के नमूने को एक विशिष्ट गहराई तक काटता है। परीक्षण के लिए ग्रेनाइट का उपयोग करते समय, यह काटने की गहराई आमतौर पर 1 मिमी से कम होती है। यह परीक्षण सूखा या गीला हो सकता है। "शुष्क VTL परीक्षण" में, जब PDC बिट चट्टान को काटता है, तो कोई शीतलन लागू नहीं होता है; उत्पन्न होने वाली सभी घर्षण ऊष्मा PDC में प्रवेश करती है, जिससे हीरे के ग्राफिटाइजेशन की प्रक्रिया तेज हो जाती है। उच्च ड्रिलिंग दबाव या उच्च घूर्णी गति की आवश्यकता वाली परिस्थितियों में PDC बिट्स का मूल्यांकन करते समय यह परीक्षण विधि उत्कृष्ट परिणाम देती है।

"वेट वीटीएल टेस्ट" परीक्षण के दौरान पीडीसी के दांतों को पानी या हवा से ठंडा करके मध्यम ताप स्थितियों में पीडीसी के जीवनकाल का पता लगाता है। इसलिए, इस परीक्षण का मुख्य घिसाव स्रोत 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 मूलतः VTL के समान ही है। परीक्षण का समय केवल कुछ मिनट है, और ग्रेनाइट और PDC दांतों के बीच तापीय आघात बहुत सीमित है।

पीडीसी गियर आपूर्तिकर्ताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले ग्रेनाइट परीक्षण पैरामीटर अलग-अलग होंगे। उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका में सिंथेटिक कॉर्पोरेशन और डीआई कंपनी द्वारा उपयोग किए जाने वाले परीक्षण पैरामीटर बिल्कुल एक जैसे नहीं हैं, लेकिन वे अपने परीक्षणों के लिए एक ही ग्रेनाइट सामग्री का उपयोग करते हैं, जो एक मोटे से मध्यम ग्रेड का पॉलीक्रिस्टलाइन आग्नेय चट्टान है जिसमें बहुत कम छिद्रता और 190MPa की संपीड़न शक्ति होती है।

C. घर्षण अनुपात मापने वाला उपकरण

निर्दिष्ट शर्तों के तहत, पीडीसी की हीरे की परत का उपयोग सिलिकॉन कार्बाइड पीसने वाले पहिये को ट्रिम करने के लिए किया जाता है, और पीसने वाले पहिये की पहनने की दर और पीडीसी की पहनने की दर के अनुपात को पीडीसी के पहनने के सूचकांक के रूप में लिया जाता है, जिसे पहनने का अनुपात कहा जाता है।

(2) प्रभाव प्रतिरोध परीक्षण

प्रभाव परीक्षण की इस विधि में पीडीसी दांतों को 15-25 डिग्री के कोण पर स्थापित किया जाता है और फिर एक निश्चित ऊँचाई से किसी वस्तु को गिराकर पीडीसी दांतों पर हीरे की परत को लंबवत रूप से प्रभावित किया जाता है। गिरती हुई वस्तु का भार और ऊँचाई परीक्षण दांत द्वारा अनुभव किए गए प्रभाव ऊर्जा स्तर को दर्शाती है, 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। आमतौर पर, प्रत्येक ऊर्जा स्तर पर प्रत्येक प्रकार के दांत के कम से कम 10 नमूनों का परीक्षण किया जाता है। चूँकि दांतों के प्रभाव प्रतिरोध की एक सीमा होती है, इसलिए प्रत्येक ऊर्जा स्तर पर परीक्षण के परिणाम प्रत्येक दांत के लिए प्रभाव के बाद हीरे के छिलने का औसत क्षेत्रफल होते हैं।

2. गैर-विनाशकारी परीक्षण

सबसे व्यापक रूप से प्रयुक्त गैर-विनाशकारी परीक्षण तकनीक (दृश्य और सूक्ष्म निरीक्षण के अलावा) अल्ट्रासोनिक स्कैनिंग (सीस्कैन) है।

सी स्कैनिंग तकनीक छोटे-छोटे दोषों का पता लगा सकती है और दोषों का स्थान व आकार निर्धारित कर सकती है। इस परीक्षण के लिए, पहले पीडीसी दांत को पानी की टंकी में रखें और फिर अल्ट्रासोनिक जांच से स्कैन करें;

यह लेख “ से पुनर्प्रकाशित हैअंतर्राष्ट्रीय धातुकर्म नेटवर्क“