متههای الماس فشرده پلی کریستالی (PDC) و متههای PDC چندین دهه است که به بازار معرفی شدهاند. در طول این مدت طولانی، مته برشی PDC و مته حفاری PDC در مراحل اولیه خود با شکستهای زیادی روبرو شدهاند، اما توسعه زیادی نیز داشتهاند. به آرامی اما در نهایت، متههای PDC به تدریج جایگزین متههای مخروطی شدند و پیشرفتهای مداومی در مته برشی PDC، پایداری مته و ساختار هیدرولیکی مته حاصل شد. متههای PDC اکنون بیش از 90٪ از کل فیلم حفاری در جهان را اشغال میکنند.
برشدهنده PDC ابتدا توسط جنرال الکتریک (GE) در سال ۱۹۷۱ اختراع شد. اولین برشدهندههای PDC برای صنعت نفت و گاز در سال ۱۹۷۳ ساخته شد و با ۳ سال آزمایش تجربی و میدانی، در سال ۱۹۷۶ پس از اثبات کارایی بسیار بیشتر آن نسبت به عملیات خردایش متههای دکمهای کاربیدی، به صورت تجاری معرفی شد.
در ابتدا، ساختار تیغههای PDC به این شکل بود: یک نوک گرد کاربیدی (با قطر ۸.۳۸ میلیمتر، ضخامت ۲.۸ میلیمتر) و یک لایه الماس (با ضخامت ۰.۵ میلیمتر بدون پخ روی سطح). در آن زمان، یک تیغه PDC از نوع "سیستم حلزونی" کامپکس نیز وجود داشت. ساختار این تیغه به این شکل بود: تیغه کامپکس PDC به تیغه کاربیدی سیمانی جوش داده میشد تا نصب آن روی مته با بدنه فولادی آسانتر باشد و در نتیجه راحتی بیشتری را برای طراح مته به ارمغان میآورد.
در سال ۱۹۷۳، شرکت جنرال الکتریک مته PDC اولیه خود را در چاهی در منطقه کینگ رانچ در جنوب تگزاس آزمایش کرد. در طول فرآیند حفاری آزمایشی، مشکل تمیزکاری مته در نظر گرفته شد. سه دندانه در محل اتصال لحیمکاری شده شکست خوردند و دو دندانه دیگر به همراه قطعه کاربید تنگستن شکستند. بعداً، این شرکت مته دوم را در منطقه هادسون در کلرادو آزمایش کرد. این مته، ساختار هیدرولیکی را برای مشکل تمیزکاری بهبود بخشیده است. این مته با سرعت حفاری سریع، عملکرد بهتری در سازندهای ماسهسنگ-شیل داشته است. اما در طول حفاری، انحرافات متعددی از مسیر برنامهریزی شده گمانه وجود دارد و به دلیل اتصال لحیمکاری، مقدار کمی از برشهای PDC همچنان از بین میرود.
در آوریل ۱۹۷۴، مته حفاری سوم در منطقه سن خوان در یوتا، ایالات متحده آمریکا آزمایش شد. این مته ساختار دندانه و شکل مته را بهبود بخشیده است. مته جایگزین متههای مخروطی با بدنه فولادی در چاه مجاور شد، اما نازل افتاد و مته آسیب دید. در آن زمان، این مشکل در نزدیکی پایان حفاری برای سازند سخت یا مشکلی ناشی از افتادن نازل در نظر گرفته میشد.
از سال ۱۹۷۴ تا ۱۹۷۶، شرکتهای مختلف مته و کارآفرینان، پیشرفتهای مختلفی را در برش PDC ارزیابی کردند. بسیاری از مشکلات موجود بر روی تحقیقات متمرکز بودند. نتایج چنین تحقیقاتی به صورت ارگانیک در دندانههای PDC استراتاپاکس که توسط GE در دسامبر ۱۹۷۶ عرضه شد، ادغام شد.
تغییر نام از کامپکس به استراتاپکس به از بین بردن سردرگمی در صنعت مته بین متههای با کامپکس کاربید تنگستن و کامپکس الماس کمک کرد.
در اواسط دهه 90، مردم شروع به استفاده گسترده از فناوری پخ زنی روی دندانههای برش PDC کردند، فناوری چند پخ زنی در سال 1995 به صورت یک اختراع به تصویب رسید. اگر فناوری پخ زنی به درستی اعمال شود، مقاومت در برابر شکست دندانههای برش PDC میتواند 100٪ افزایش یابد.
در دهه ۱۹۸۰، هم شرکت GE (ایالات متحده آمریکا) و هم شرکت Sumitomo (ژاپن) حذف کبالت از سطح کاری دندانههای PDC را برای بهبود عملکرد کاری دندانهها بررسی کردند. اما آنها به موفقیت تجاری دست نیافتند. بعداً یک فناوری توسط Hycalog (ایالات متحده آمریکا) دوباره توسعه داده و ثبت اختراع شد. ثابت شد که اگر بتوان مواد فلزی را از شکاف دانه حذف کرد، پایداری حرارتی دندانههای PDC تا حد زیادی بهبود مییابد، به طوری که مته میتواند در سازندهای سختتر و سایندهتر بهتر حفاری کند. این فناوری حذف کبالت، مقاومت سایشی دندانههای PDC را در سازندهای سنگی سخت با سایندگی بالا بهبود میبخشد و دامنه کاربرد متههای PDC را بیشتر گسترش میدهد.
از سال ۲۰۰۰، کاربرد متههای PDC به سرعت گسترش یافته است. سازندهایی که با متههای PDC قابل حفاری نبودند، به تدریج توانستهاند با متههای PDC به صورت اقتصادی و قابل اعتماد حفاری شوند.
از سال ۲۰۰۴، در صنعت متههای حفاری، درآمد بازار متههای PDC حدود ۵۰٪ و مسافت حفاری نزدیک به ۶۰٪ بوده است. این رشد تا به امروز ادامه دارد. تقریباً تمام متههای مورد استفاده در حفاری آمریکای شمالی از نوع PDC هستند.
به طور خلاصه، از زمانی که در دهه 70 میلادی عرضه شد و رشد اولیه کندی را تجربه کرد، برشدهندههای PDC به تدریج توسعه مداوم صنعت مته برای اکتشاف و حفاری نفت و گاز را ارتقا دادهاند. تأثیر فناوری PDC بر صنعت حفاری بسیار زیاد است.
تازهواردان به بازار دندانههای برش PDC با کیفیت بالا، و همچنین شرکتهای بزرگ مته، همچنان به رهبری اصلاحات و نوآوری در مواد نوآورانه و فرآیندهای تولید ادامه میدهند تا عملکرد دندانههای برش PDC و متههای PDC به طور مداوم بهبود یابد.
زمان ارسال: آوریل-07-2023