Pagmimina ng PDC drill bits: karaniwang mga mode ng pagkabigo at pagtatasa ng sanhi ng ugat
Sa kasalukuyan, ang pagmimina ng mga PDC bit ay pangunahing binubuo ng bit body, PDC cutting insert, at gauge-protection alloy. Ang PDC cutting insert at gauge-protection alloy ay naka-brazed sa bit body. Sa panahon ng normal na pagbabarena, ang rig ay nagpapadala ng torque at feed pressure sa bit sa pamamagitan ng drill string; ang PDC cutting insert ay pinuputol ang bato sa ilalim ng butas, habang ang gauge-protection alloy ay pinoprotektahan ang bit body circumferentially upang maiwasan ang mabilis na pagkasira. Sa panahon ng pagputol ng bato, ang paglo-load sa mga PDC cutter sa bit face ay lubhang kumplikado. Ang mga pagkakaiba-iba sa pagbuo, paraan ng pagtatayo at pagpili ng kagamitan, kasanayan ng operator, at kontrol sa kalidad ng bit ay maaaring makaapekto sa pagganap at humantong sa iba't ibang mga mode ng pagkabigo. Batay sa mga pagsisiyasat sa larangan sa mga lugar ng pagbabarena ng minahan ng karbon, ang nabigong pagmimina ng mga PDC bits ay na-summarized at nasuri; natukoy ang mga sumusunod na tipikal na mode ng pagkabigo at pangunahing dahilan.
1.1 PDC cutting-insert pagkabigo PDC ay sintered sa ilalim ng mataas na temperatura at mataas na presyon. Ang isang composite ng PDC ay karaniwang binubuo ng isang layer ng brilyante at isang substrate ng tungsten-carbide (WC).
Ang pangunahing mga mode ng pagkabigo ng PDC cutting inserts ay normal na pagkasira, insert loss (pull-out), chipping, at delamination.
(1) Normal na pagsusuot Ang normal na pagsusuot ay ang inaasahang pagkasira ng mga PDC cutter sa panahon ng pagputol ng bato. Lumilitaw ito bilang macroscopic abrasive na pagkawala ng layer ng brilyante at ang substrate ng WC; ang pagod na ibabaw ay hindi nagpapakita ng natatanging bali o mga marka ng chipping.
(2) Insert loss (pull-out) Ang insert loss ay nangyayari kapag ang isang PDC insert ay ganap na natanggal mula sa bit body, na nagiging sanhi ng bit failure. Ang katangiang tanda ay isang kumpletong paghihiwalay ng insert mula sa bit, na ang brazing pocket sa bit body ay hindi nagpapakita ng natitirang haluang metal.
Mga pangunahing sanhi ng pagkawala ng insert:
Labis na temperatura sa ilalim ng butas: kapag ginamit ang tuyo na pagbabarena o ang mga daanan ng tubig ng bit ay naharang, ang mabilis na pag-ikot at pagputol ay nagdudulot ng init na hindi maalis, na nagiging sanhi ng pagtaas ng temperatura sa ilalim ng butas. Kung lumampas ang temperatura sa kritikal na temperatura ng brazing filler metal, natutunaw ang brazing at nahuhulog ang insert.
Hindi magandang kontrol sa proseso ng pagpapatigas: ang hindi sapat na paglilinis ng pre-weld, hindi kumpleto o porous na braze, mahinang pag-degas, o hindi wastong temperatura/oras ng paghawak sa post-braze ay maaaring humantong sa pagpasok ng pull-out.
Countermeasures:
Dapat na mahigpit na kontrolin ng mga tagagawa ang mga proseso ng produksyon, lalo na ang pagpapatigas, upang matiyak na buo at maayos ang mga welding.
Sa lugar, gamitin ang wet drilling (sapat na flushing) sa halip na dry drilling kung posible; sa panahon ng malalim na pagbabarena maghintay hanggang maitatag ang daloy ng pagbalik bago magdagdag ng drill pipe; suriin ang mga daanan ng tubig ng bit para sa pagbara bago ipasok ang bit sa butas upang maiwasan ang lokal na sobrang init.
(3) Chipping (pagbasag ng gilid) Ang Chipping ay tumutukoy sa pagkabali at pagkawala ng layer ng PDC na diyamante, kadalasang lokal; sa malalang kaso, maaaring masira ang layer ng brilyante kasama ng mga bahagi ng substrate ng WC.
Mga pangunahing sanhi ng pag-chipping:
Mga katangian ng materyal ng pamutol: ang mga napiling cutter ay maaaring may mababang impact resistance o hindi sapat na lakas ng bono sa pagitan ng WC substrate at brilyante na grit, na ginagawang madaling matamaan ang mga ito sa ilalim ng epekto.
Mga parameter ng pagpapatakbo: ang labis na presyon ng feed/weight on bit (WOB) sa mukha ay maaaring mag-overload sa mga cutter na lampas sa kanilang mga limitasyon sa lakas, na nagiging sanhi ng diamond layer flaking at chipping.
Kumplikadong pormasyon: sa mga matitigas na pormasyon, ang mga epekto ay maaaring lumampas sa tigas ng epekto ng mga cutter at maging sanhi ng pag-chipping.
Disenyo ng bit: isang hindi naaangkop na cutter rake/cutting angle (hal., masyadong maliit na cutting angle para sa hard formations) ay nagpapataas ng cutter loading at nagtataguyod ng chipping. Ang panuntunan ng hinlalaki ay mas mahirap na mga pormasyon sa pangkalahatan ay nangangailangan ng mas malalaking anggulo ng pagputol.
Mga panlabas na hadlang: ang pagkatagpo ng mga elementong pampalakas ng bato tulad ng mga roof bolts o cable bolts sa underground workings ay maaaring maging sanhi ng cutter chipping.
Countermeasures:
Sumunod sa inirerekomendang operating parameter ng bit manufacturer.
Pumili at magdisenyo ng mga bit na naka-target sa mga kundisyon ng pagbuo: para sa mga matitigas na pormasyon ay nagpapataas ng cutter rake/cutting angle upang mabawasan ang pagiging agresibo at protektahan ang mga cutter; para sa mga hard fragmented formation, piliin ang mga PDC cutter na may mas mataas na impact toughness o baguhin ang cutter external geometry para mapabuti ang impact resistance (hal.
Magplano ng mga butas na trajectory upang maiwasan ang mga kilalang anchor o bolts kung posible.
(4) Ang Delamination Delamination ay tumutukoy sa paghihiwalay sa pagitan ng layer ng brilyante at ng WC substrate ng PDC composite.
Pangunahing sanhi ng delamination: Ang mga makabuluhang natitirang stress sa pagitan ng layer ng brilyante at ang substrate ng WC, na sinamahan ng pagkakaiba sa mga koepisyent ng pagpapalawak ng thermal, ay humahantong sa hindi tugmang pag-urong sa ilalim ng alternating heating mula sa friction at paglamig ng drilling fluid. Ang pinagsamang epekto ng impact loading at natitirang stress ay maaaring maging sanhi ng pagbabalat ng diamond layer mula sa substrate.
Countermeasures:
Sa panahon ng paggawa, pumili ng naaangkop na mga materyales sa pagbubuklod at mga parameter ng pagproseso upang mabawasan ang natitirang stress sa pagitan ng layer ng brilyante at ng substrate ng WC.
I-optimize ang geometry ng substrate–interface (hal., mga bagong hugis ng interface) upang pahusayin ang mekanikal na pagkakabit at lakas ng pagbubuklod sa pagitan ng layer ng brilyante at ng substrate.
1.2 Mga pagkabigo ng bit-body Ang mga pagkabigo ng bit-body ay pangunahing nakikita bilang bali ng mga bit wings (bit blades).
Ang mga wing fracture ay kadalasang nangyayari sa sintered/matrix bits at bihira sa steel-bodied bits.
Mga sanhi ng wing fracture sa matrix bits:
Epekto sa bit wings sa panahon ng make-up o break-out: ang mga matrix bit crown ay kadalasang ginagawa ng powder metalurgy at sintered sa isang piraso. Kung ikukumpara sa karaniwang steel-body bits, ang sintered matrix bits ay may mas mataas na wear resistance ngunit mas mababa ang tigas; Ang pagtama sa bit wings habang inaalis ay madaling magdulot ng wing fracture.
Hindi magandang kontrol sa proseso ng sintering: ang hindi kumpletong sintering o mga inklusyon (unsintered powder islands) ay nangangahulugan na ang powder ay hindi ganap na pinagsama sa isang homogenous na matrix.
Countermeasures:
Sa panahon ng make-up at break-out, ang mga operator ay dapat gumamit ng mga wastong kasangkapan (hal., pipe tongs o spanners) upang tumulong at maiwasan ang pagmartilyo sa bit wings.
Dapat mahigpit na kontrolin ng mga tagagawa ang kalidad ng sintering: mahigpit na kontrolin ang proseso ng sintering at magsagawa ng mga pana-panahong pagsusuri sa feedstock ng metal powder upang matiyak na nakakatugon ito sa mga detalye ng proseso.
