Wiertła z polikrystalicznego diamentu kompaktowego (PDC) i wiertła PDC są wprowadzane na rynek od kilku dekad. W tym czasie frezy PDC i wiertła PDC doświadczyły wielu niepowodzeń na wczesnym etapie rozwoju, ale również doświadczyły dynamicznego rozwoju. Powoli, ale ostatecznie, wiertła PDC stopniowo zastępowały wiertła stożkowe dzięki ciągłym udoskonaleniom frezów PDC, stabilności wiertła i jego konstrukcji hydraulicznej. Wiertła PDC zajmują obecnie ponad 90% całkowitej powierzchni wiertniczej na świecie.
Frez PDC został wynaleziony po raz pierwszy przez General Electric (GE) w 1971 roku. Pierwsze frezy PDC dla przemysłu naftowego i gazowego powstały w 1973 roku, a po 3 latach testów eksperymentalnych i terenowych wprowadzono je na rynek w 1976 roku, po tym jak udowodniono, że są znacznie bardziej wydajne niż kruszące operacje wierteł z węglików spiekanych.
Na początku konstrukcja frezu PDC wyglądała następująco: okrągła końcówka z węglika spiekanego (średnica 8,38 mm, grubość 2,8 mm) i warstwa diamentowa (grubość 0,5 mm bez fazy na powierzchni). W tym czasie istniał również frez PDC Compax z systemem ślimakowym. Konstrukcja tego frezu wyglądała następująco: frez PDC jest spawany do wióra z węglika spiekanego, co ułatwia montaż na stalowym korpusie wiertła, a tym samym zwiększa wygodę projektanta wierteł.
W 1973 roku firma GE przetestowała swoje pierwsze wiertło PDC w odwiercie w rejonie King Ranch w południowym Teksasie. Podczas wiercenia próbnego podejrzewano problem z czyszczeniem wiertła. Trzy zęby uległy uszkodzeniu w miejscu lutowania, a dwa kolejne złamały się wraz z częścią z węglika wolframu. Później firma przetestowała drugie wiertło w rejonie Hudson w Kolorado. To wiertło poprawiło konstrukcję hydrauliczną w zakresie problemu z czyszczeniem. Wiertło osiągnęło lepszą wydajność w formacjach piaskowcowo-łupkowych przy dużej prędkości wiercenia. Jednak podczas wiercenia wystąpiło kilka odchyleń od planowanej trajektorii otworu wiertniczego, a także niewielka utrata ostrzy PDC z powodu lutowania.
W kwietniu 1974 roku w rejonie San Juan w stanie Utah w USA przeprowadzono testy trzeciego wiertła. Ulepszyło ono strukturę zębów i kształt wiertła. Zastąpiło ono wiertła stożkowe ze stalowym korpusem w sąsiednim odwiercie, ale dysza opadła, a wiertło uległo uszkodzeniu. Wówczas uznano, że problem wystąpił pod koniec wiercenia, w przypadku twardej formacji lub w wyniku opadania dyszy.
W latach 1974-1976 różne firmy produkujące wiertła i przedsiębiorcy oceniali różne ulepszenia frezów PDC. Wiele istniejących problemów koncentrowało się na badaniach. Wyniki tych badań zostały organicznie zintegrowane z zębami Stratapax PDC, wprowadzonymi na rynek przez GE w grudniu 1976 roku.
Zmiana nazwy z Compax na Stratapax pomogła wyeliminować zamieszanie w branży bitów, jeśli chodzi o bity z węglika wolframu i bity diamentowe Compax.
W połowie lat 90. zaczęto powszechnie stosować technologię fazowania zębów tnących PDC. Technologia wielofazowa została opatentowana w 1995 roku. Jeśli technologia fazowania zostanie zastosowana prawidłowo, odporność zębów tnących PDC na pękanie może wzrosnąć o 100%.
W latach 80. XX wieku firmy GE (USA) i Sumitomo (Japonia) badały usuwanie kobaltu z powierzchni roboczej zębów PDC w celu poprawy ich wydajności. Nie odniosły one jednak sukcesu komercyjnego. Technologia ta została później opracowana na nowo i opatentowana przez firmę Hycalog (USA). Udowodniono, że usunięcie metalu z luki międzyziarnowej znacznie poprawia stabilność termiczną zębów PDC, co pozwala na lepsze wiercenie w twardszych i bardziej ściernych formacjach. Ta technologia usuwania kobaltu poprawia odporność zębów PDC na zużycie w silnie ściernych, twardych formacjach skalnych i dodatkowo poszerza zakres zastosowań wierteł PDC.
Od 2000 roku zastosowanie wierteł PDC gwałtownie wzrosło. Formacje, których nie dało się wywiercić wiertłami PDC, stopniowo stały się możliwe do ekonomicznego i niezawodnego wywiercenia za pomocą wierteł PDC.
W 2004 roku w branży wierteł wiertła PDC stanowiły około 50% rynku, a ich zasięg wiercenia sięgał prawie 60%. Ten wzrost utrzymuje się do dziś. Prawie wszystkie wiertła używane obecnie w Ameryce Północnej to wiertła PDC.
Krótko mówiąc, od momentu wprowadzenia na rynek w latach 70. i początkowo powolnego wzrostu popularności, frezy PDC stopniowo przyczyniły się do ciągłego rozwoju branży wiertniczej w zakresie poszukiwań i odwiertów ropy naftowej i gazu. Wpływ technologii PDC na branżę wiertniczą jest ogromny.
Nowi uczestnicy rynku wysokiej jakości zębów tnących PDC, a także duże firmy produkujące wiertła, nadal przewodzą reformom i innowacjom w zakresie innowacyjnych materiałów i procesów produkcyjnych, dzięki czemu wydajność zębów tnących PDC i wierteł PDC może być stale ulepszana.
Czas publikacji: 07-04-2023