【編者按】1983年直砂，日本住友公司的兩位研究人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PDC金剛石層的表層進(jìn)行了脫鈷處理吠谢，使PDC齒的性能得到了大幅提高晦嵌。然而亮航，這項(xiàng)發(fā)明并未受到應(yīng)有的重視荸实。直到 2000年后匀们，隨著人們對(duì)PDC金剛石層理解的加深，鉆頭供應(yīng)商們才將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到了巖石鉆進(jìn)的PDC齒上泪勒。用這種方法處理過(guò)的PDC齒適用于熱機(jī)械磨損很大的高研磨性地層，通常也被稱之為“脫鈷”齒宴猾。PDC的檢測(cè)方法與應(yīng)用圆存。

　　一、PDC的熱磨損與脫鈷處理

　　在PDC的高壓燒結(jié)過(guò)程中仇哆，鈷會(huì)起到一種催化劑的作用促成金剛石與金剛石的直接結(jié)合并使金剛石層與碳化鎢基體成為整體沦辙，其結(jié)果就產(chǎn)生了既有高韌性又有優(yōu)良耐磨性的適合于油田地質(zhì)鉆探的PDC切削齒。

　　金剛石的耐熱性十分有限讹剔，在大氣壓力下油讯，金剛石表面會(huì)在900℃或更高溫度下轉(zhuǎn)化為石墨 。在使用過(guò)程中延欠，傳統(tǒng)的PDC會(huì)在750℃左右發(fā)生蛻變陌兑，而PDC在既硬又有研磨性的巖層中鉆進(jìn)時(shí)會(huì)由于磨擦熱而很容易達(dá)到這一溫度，而瞬時(shí)溫度（即顯微層次的局部化溫度）會(huì)更高禽虹，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鈷的熔化溫度（1495℃）素司。

　　與純金剛石相比，由于鈷的存在赌置，金剛石會(huì)在更低的溫度下轉(zhuǎn)化為石墨押逾。這樣一來(lái)，金剛石的磨損便是由于局部磨擦熱的影響所發(fā)生的石墨化所造成的蓝捌。此外眶洗，鈷的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于金剛石，在加熱過(guò)程中饵朱，金剛石晶粒間的結(jié)合會(huì)由于鈷的膨脹被破壞堤网。

　　1983年，日本住友公司的兩位研究人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PDC金剛石層的表層進(jìn)行了脫鈷處理椰完，使PDC齒的性能得到了大幅提高缰兄。然而，這項(xiàng)發(fā)明并未受到應(yīng)有的重視邑键。直到 2000年后上煤，隨著人們對(duì)PDC金剛石層理解的加深，鉆頭供應(yīng)商們才將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到了巖石鉆進(jìn)的PDC齒上著淆。用這種方法處理過(guò)的PDC齒適用于熱機(jī)械磨損很大的高研磨性地層劫狠，通常也被稱之為“脫鈷”齒。

　　所謂“脫鈷”是以傳統(tǒng)方式制作成PDC以后永部，其金剛石層表面被浸在強(qiáng)酸中通過(guò)酸蝕過(guò)程清除掉鈷相独泞。清除鈷的深度可達(dá)200微米左右呐矾。

　　對(duì)兩個(gè)同樣的PDC齒（其中一個(gè)齒的金剛石層表面進(jìn)行了脫鈷處理）進(jìn)行了重載耐磨試驗(yàn)。在切削了5000m的花崗巖石后發(fā)現(xiàn)未脫鈷PDC的磨損速度開始急劇加快懦砂，相對(duì)而言蜒犯，脫鈷PDC在切削大約15000m巖石的過(guò)程中保持了相對(duì)穩(wěn)定的切削速度。

　　二荞膘、PDC的檢測(cè)方法

　　檢測(cè)PDC齒的方法可分為兩類罚随，即破壞性檢測(cè)和非破壞性檢測(cè) 。

　　1羽资、破壞性檢測(cè)

　　這些檢測(cè)方法意在盡可能逼真的模擬井下條件以評(píng)估切削齒在這類條件下的性能淘菩，兩種主要形式的破壞性檢測(cè)是耐磨性測(cè)試和抗沖擊測(cè)試。

　∥貉选（1）耐磨性測(cè)試

　　三種類型的設(shè)備被用于進(jìn)行PDC耐磨性測(cè)試：

　　A茧音、立式車床（VTL）

　　試驗(yàn)時(shí)先將PDC齒固定到VTL車床上，在PDC齒的旁邊安放一塊巖樣（通常是花崗巖）发凹。然后讓巖樣環(huán)繞車床的軸線以一定的速度旋轉(zhuǎn)盘嘉，PDC齒以一定的切削深度切入到巖樣中，在用花崗巖進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)衍康，該切削深度一般要小于1mm将盾。

這種測(cè)試可以是干式的也可以是濕式的。在“干式VTL試驗(yàn)”中勃核，當(dāng)PDC齒切削巖石時(shí)不對(duì)其進(jìn)行冷卻再僧，所產(chǎn)生的全部摩擦熱都會(huì)進(jìn)入到PDC中，使得金剛石石墨化的進(jìn)程加快俩孽。在檢測(cè)需要用于高鉆壓或高轉(zhuǎn)速條件下的PDC齒時(shí)采用這種試驗(yàn)方法可取得很好的效果猬听。

　　“濕式VTL試驗(yàn)” 通過(guò)在測(cè)試期間用水或空氣冷卻PDC齒而檢測(cè)在中度受熱條件下PDC的壽命。所以患达，這種試驗(yàn)的主要磨損源是巖樣的研磨性而不是受熱因素记令。

　　B、臥式車床

　　這種測(cè)試也是用花崗巖進(jìn)行的习劫，其試驗(yàn)原理與VTL基本相同咆瘟，試驗(yàn)的時(shí)間只有幾分鐘，且花崗巖與PDC齒相互作用的熱沖擊十分有限诽里。

 　　PDC齒供應(yīng)商使用的花崗巖測(cè)試參數(shù)會(huì)有所不同袒餐，例如，美國(guó)合成公司和DI公司使用的試驗(yàn)參數(shù)就不完全一樣谤狡，但他們?cè)囼?yàn)所用的花崗巖材料卻是相同的灸眼，一種孔隙度極小，抗壓強(qiáng)度為190MPa的粗到中晶粒的聚晶火成巖墓懂。

　　C焰宣、磨耗比測(cè)定儀

　　在規(guī)定的條件下霉囚，用PDC的金剛石層修整碳化硅砂輪，以砂輪的磨耗量和PDC的磨耗量之比匕积，作為PDC的耐磨性指標(biāo)盈罐，稱為磨耗比。

 
（2）抗沖擊性測(cè)試

　　抗沖擊測(cè)試的方法是將PDC齒傾斜15-25度安裝闪唆，然后再?gòu)囊欢ǜ叨壬舷侣湟粋€(gè)物體讓其垂直沖擊PDC齒上的金剛石層盅粪。下落物體的重量和高度表明試驗(yàn)齒所受的沖擊能量等級(jí)，這種能量可逐漸升高到100焦耳侧碍。每個(gè)齒可被沖擊3-7次雾逢，直到齒不能再被測(cè)試后為止彻芒。一般而言赴仪，在每個(gè)能量等級(jí)下要檢測(cè)每種類型齒的至少10個(gè)樣品。由于齒對(duì)沖擊的抵抗力有一個(gè)范圍尘晓，所以在每個(gè)能量等級(jí)的檢測(cè)結(jié)果是每個(gè)齒沖擊后金剛石剝落面積的平均值换橱。

　　2、非破壞性檢測(cè)

   　 目前采用最多的非破壞性檢測(cè)技術(shù)（除了目檢和顯微鏡檢驗(yàn)以外）是超聲波掃描（C-scan）技術(shù)验阱。

　　C掃描技術(shù)能夠檢測(cè)出很小的缺陷并判斷出缺陷的位置和大小舔躏。做這種測(cè)試時(shí)，首先要將PDC齒放置到一個(gè)水槽中降蹋，然后再用超聲波探頭進(jìn)行掃描防擎。

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