【編者按】PDC技術(shù)有限元技術(shù)的應(yīng)用楣责、PDC與牙輪鉆頭與發(fā)展趨勢(shì)。

　　三宋泊、有限元技術(shù)的應(yīng)用

　　1玻温、PDC燒結(jié)條件的模擬

 
　　2、PDC殘余應(yīng)力的模擬

　　四湃改、PDC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　1级闭、基體

　　硬質(zhì)合金基體是PDC的一個(gè)構(gòu)成部分，對(duì)PDC的整體性能有著重要影響丧足”窘啵基體在PDC高壓燒結(jié)過(guò)程中起著為聚晶金剛石層的形成提供生長(zhǎng)平臺(tái)的作用，并在金剛石層和鉆頭體之間起到一個(gè)過(guò)渡層的作用蜗胖，這一過(guò)渡功能有助于金剛石層更好的吸收鉆井期間所產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷搔片。

　　硬質(zhì)合金基體是由碳化鎢和鈷構(gòu)成的，鈷能夠提高基體的斷裂韌性袄雷，如果其中的鈷含量較大的話(huà)脸缆，其韌性就較好，若其中的鈷含量較低的話(huà)跑事，則其耐磨性就會(huì)更好一些别粮。以前，PDC齒以及PDC鉆頭制造商都會(huì)采用含有均勻鈷含量的基體蛇耀，鈷含量百分比的大小要同時(shí)兼顧斷裂韌性和耐磨性辩诞。

　　目前人們正在研究對(duì)基體進(jìn)行改進(jìn)以克服這一傳統(tǒng)的折衷方法，這類(lèi)努力致力于在基體制造過(guò)程中改進(jìn)對(duì)晶粒生長(zhǎng)的控制以及對(duì)基體中鈷含量的變化加以改善纺涤。比如躁倒，如果與心部相比，基體外層鈷含量較低的話(huà)洒琢，則基體外部就會(huì)有更好的耐沖蝕性秧秉，而基體心部的鈷含量增高可以提供PDC齒鉆井所需的更好的斷裂韌性。

　　正在探索的幾種可能實(shí)現(xiàn)上述目的的方法：

 　　A衰抑、擴(kuò)散燒結(jié)工藝

　　通過(guò)擴(kuò)散燒結(jié)工藝制造功能梯度硬質(zhì)合金的原理是使鈷原子從基體的一端移動(dòng)到另一端象迎，而碳原子則是以相反的方向運(yùn)動(dòng)，這樣就會(huì)使整個(gè)基體沿長(zhǎng)度方向形成功能梯度呛踊，基體在靠近金剛石層一端較硬砾淌，而在另一端則較軟。

　　B谭网、吸入法

　　采用這種方法汪厨，是將現(xiàn)有的碳化鎢基體選擇性的涂以一種防滲透材料例是，比如氮化硼或氧化鋁。然后讓未涂防滲透材料的部分與鈷相接觸蛙檐，而后再對(duì)整個(gè)基體進(jìn)行熱處理狐怯，使鈷擴(kuò)散到基體上未涂防滲透材料的部分中去，生成富鈷區(qū)域贪犁。

　　C颜肥、高能量機(jī)械處理

　　這種方法是將PDC齒上的金剛石部分保護(hù)起來(lái)以避免其損壞，然后再用碳化鎢丸對(duì)基體表面進(jìn)行高能量噴丸處理檀氏。這種方法能夠降低合金基體表層鈷含量并改善基體殘余應(yīng)力的性質(zhì)和分布狀態(tài)退厕，提高基體的韌性和抗彎強(qiáng)度。

　　D纳帽、微波燒結(jié)法

　　燒結(jié)硬質(zhì)合金的傳統(tǒng)方法要涉及到高壓與高溫寸颇，比如熱等靜壓（HIP）法，當(dāng)在HIP爐中進(jìn)行燒結(jié)時(shí)挣呛，碳化鎢會(huì)出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大情況础健，這會(huì)使基體的機(jī)械性能下降。而通過(guò)微波燒結(jié)法生產(chǎn)的硬質(zhì)合金其碳化鎢晶粒較細(xì)嫡纠，且結(jié)構(gòu)均勻又致密，同時(shí)還具有燒結(jié)速度快和成本較低等優(yōu)點(diǎn)延赌。

　　3除盏、檢測(cè)技術(shù)

　　PDC技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了超硬材料新型檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。一種新開(kāi)發(fā)的非破壞性檢測(cè)方法是應(yīng)用X光透視法進(jìn)行檢測(cè)挫以，使用這種方法是將X射線(xiàn)聚焦于金剛石層內(nèi)部或是跨過(guò)整個(gè)金剛石層以便獲取比用傳統(tǒng)的掃描電鏡更為詳細(xì)的金剛石層內(nèi)部情況者蠕。從金剛石層的側(cè)面進(jìn)行觀察能夠?qū)饎偸瘜觾?nèi)部的各種成份的深度（比如脫鈷深度）進(jìn)行量化，而且還可以檢測(cè)金剛石層與合金基體界面間的結(jié)合質(zhì)量掐松。

　　另一新型檢測(cè)方法稱(chēng)為聲波發(fā)射韌性試驗(yàn)（AETT）踱侣，這種試驗(yàn)方法用一個(gè)球頭形的PDC壓頭對(duì)PDC施壓，試驗(yàn)腔配有一個(gè)靈敏度很高的聲波傳感器大磺，隨著施加到PDC金剛石層上的力增大抡句，金剛石層將出現(xiàn)微裂紋，聲波傳感器就會(huì)檢測(cè)出微裂紋的發(fā)生情況杠愧，然后記錄到一個(gè)硬盤(pán)上并在監(jiān)視器上顯示出來(lái)待榔。該試驗(yàn)?zāi)軌蚓_的量化金剛石層內(nèi)金剛石與金剛石間的結(jié)合強(qiáng)度，從而對(duì)PDC的抗沖擊強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)流济。

　　五锐锣、PDC與牙輪鉆頭

　　經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，PDC齒和PDC鉆頭技術(shù)在各方面都已成熟铆糙，這些方面包括鉆頭材料缕翁、幾何形狀丐闲、抗沖蝕性、振動(dòng)控制叠凸、扭矩控制索官、水力及清洗、鑄造整體性料害、PDC配方瞬芒、合成與處理技術(shù)等。與此同時(shí)掸栋，牙輪鉆頭也有了很大的發(fā)展接吠，當(dāng)今的牙輪鉆頭性能是30年前相同牙輪鉆頭性能的1.5-5倍,這是因?yàn)楦倪M(jìn)了鉆頭的密封、采用了先進(jìn)的鑲齒設(shè)計(jì)和水力結(jié)構(gòu)以及更好的敷焊材料浑季。有趣的是缕圣，導(dǎo)致牙輪鉆頭壽命延長(zhǎng)的因素之一是在牙輪鉆頭保徑部位和主切削結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了球頭形PDC齒。

　　雖然牙輪鉆頭在上述各方面有了很大的改進(jìn)俩莽，但在與PDC鉆頭的市場(chǎng)爭(zhēng)奪戰(zhàn)中還是打了敗仗旺坠。 
 
　　隨著牙輪鉆頭邊緣化的延續(xù)，有理由相信扮超，在未來(lái)5年間全球鉆井進(jìn)尺的比例將會(huì)是PDC鉆頭占80%取刃，牙輪鉆頭占20%。如果PDC齒的研發(fā)進(jìn)行得更好出刷，能夠使PDC鉆頭進(jìn)一步占領(lǐng)仍由牙輪鉆頭所占據(jù)的市場(chǎng)的話(huà)璧疗，在未來(lái)10年間PDC鉆頭所占的進(jìn)尺比例可能超過(guò)90% 。

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