Функциональность резцов PDC для добычи нефти и газа основана на их уникальной системе композитных материалов и научном-механизме разрушения породы, которые вместе составляют фундаментальную предпосылку для эффективной и надежной работы.
В основе их функциональности лежит, прежде всего, интеграция характеристик сверх-твердых композитных материалов. Фреза формируется путем спекания при высокой-температуре и высоком-давлении поверхностного слоя поликристаллического алмаза и матрицы из цементированного карбида. Алмазный слой с алмазными частицами микронного- размера в качестве основы образует непрерывную-сетевую структуру посредством металлического катализатора, что придает ему сверх-высокую твердость (8000-10000 HV) и превосходную износостойкость, приближающуюся к природному алмазу, что позволяет ему напрямую врезаться в скважинные горные породы и резать их. Матрица из цементированного карбида с карбидом вольфрама в качестве каркаса и кобальтом в качестве связующей фазы обеспечивает высокую-прочность поддержки и ударную вязкость, эффективно рассеивая силы реакции на забое-скважины и предотвращая разрушение алмазного слоя из-за чрезмерной хрупкости. Металлургическая связь между двумя слоями обеспечивает равномерную передачу нагрузки, выполняя дополнительную функцию: «высокая твердость и износостойкость-сильная и высокая несущая способность».
Основываясь на этом фундаменте, механизм непрерывного скалывания-разрушения породы устанавливает функциональную логику для эффективной работы. В отличие от ударного режима-разрыва шарошечного долота, резец PDC использует высокоскоростное-относительное движение во время вращательного движения, чтобы оказывать сдвиговую силу на поверхность породы через слой алмаза при постоянном давлении. Это вызывает пластическую деформацию и распространение микротрещин в породе, в конечном итоге разрушая ее на фрагменты. Этот механизм обеспечивает низкое энергопотребление и плавность резания, что делает его особенно подходящим для однородных пластов от мягкой до средней-твердости, что значительно увеличивает скорость бурения и снижает потребление энергии.
Кроме того, термическая стабильность и геометрическая адаптируемость повышают функциональную надежность. Низкий коэффициент теплового расширения и высокая теплопроводность алмаза позволяют ему сохранять структурную стабильность даже при высоких температурах, возникающих при высокой-скоростной резке, предотвращая термические повреждения. Форма фрезы (круглая, коническая и т. д.), размер и расположение могут быть настроены в соответствии с характеристиками пласта. За счет оптимизации высоты режущей кромки и профиля коронки достигается полная-резка в нижней части скважины, что снижает повторяющиеся действия и неравномерный износ.
Таким образом, функциональная основа резца PDC является результатом совокупного эффекта эксплуатационных преимуществ композитных материалов, эффективного механизма разрушения скальной породы и логики проектирования, адаптированной к окружающей среде. Синергия этих трех факторов обеспечивает его стабильную и длительную-эффективность разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин.
