ابزارهای PDC (کامپوزیت الماس پلی کریستالی)، با سختی بالای لایه الماس خارجی و چقرمگی خوب لایه کاربید سیمانی زیرین، مزایای قابل توجهی را در حفاری نفت، اکتشافات زمین شناسی و ماشینکاری مواد بسیار مقاوم به سایش نشان می دهند. با این حال، تحقق این مزیتهای عملکردی به شدت به منطق انتخاب علمی بستگی دارد{2}}تنها با ادغام عمیق ویژگیهای شرایط کاری، پارامترهای مواد و اهداف کاربردی میتوان به استفاده کارآمد، پایدار و اقتصادی دست یافت.
اساس اولیه برای انتخاب ابزارهای PDC، تجزیه و تحلیل دقیق ویژگی های شرایط کاری است. الزامات اصلی برای ابزارهای برش در سناریوهای مختلف کاربردی به طور قابل توجهی متفاوت است: در حفاری نفت، ملاحظات کلیدی شامل سختی سنگ (به عنوان مثال، متوسط{3}}ویژگیهای نرم ماسه سنگ و سنگ آهک در مقابل ویژگیهای متوسط-سخت گرانیت)، سایندگی (محتوای کوارتز بالاتر منجر به توجه بیشتر، قابلیت سایندگی، شاخص فشار، و همچنین سوراخشدگی بیشتر میشود) بارها (به عنوان مثال، ضربه های متناوب از لایه های شن)؛ در عملیات هستهگیری اکتشاف زمینشناسی، علاوه بر شرایط شکلگیری، یکپارچگی نمونه هسته و کنترل اختلال هسته توسط دندانهای برش باید در نظر گرفته شود. در ماشینکاری مواد مقاوم در برابر سایش بالا (مثلاً آلیاژهای آلومینیوم سیلیکونی بالا و کامپوزیتهای فیبر کربن)، تمرکز باید بر روی هدایت حرارتی مواد، تمایل به سخت شدن کار، و بار حرارتی مکانیکی در ناحیه برش باشد. ایجاد یک مدل شرایط کاری بر اساس دادههای زمینشناسی، سوابق عملیات تاریخی یا آزمایشهای ماشینکاری، پایهای برای انتخاب ابزار بعدی است.
تطبیق پارامترهای ساختاری ابزار یک مرحله مهم در فرآیند انتخاب است. اندازه دانه الماس لایه الماس پلی کریستالی سطحی باید با توجه به سایندگی سازند تنظیم شود: لایههای الماس دانه ریز (مثلاً 1-5μm) برای سازندهای بسیار ساینده یا سناریوهای ماشینکاری که مستعد چسبندگی ابزار هستند به دلیل مقاومت در برابر سایش متراکم و دانهبندی عالی مناسب هستند. لایههای الماس درشت- (مثلاً 10-25 میکرومتر) برای شرایط کاری حاوی ذرات سخت یا ضربههای متناوب به دلیل ناحیه پیوند بین دانهای بزرگ و مقاومت در برابر ضربه قویتر مناسبتر هستند. نوع فاز پیوند مستقیماً بر پایداری حرارتی تأثیر میگذارد: فازهای پیوند فلزی معمولی (مثلاً-بر پایه کبالت) هزینه پایینی دارند، اما به راحتی در دماهای بالا گرافیتیسازی را کاتالیز میکنند، و آنها را برای سناریوهای-درجه حرارت پایین، بار{16} پایین مناسب میسازد. فازهای پیوند کم-کاتالیز یا غیرفلزی (مثلاً سیلیسیدها، کاربیدها)، اگرچه گرانتر هستند، اما میتوانند دمای تجزیه حرارتی را به بیش از 700 درجه افزایش دهند، و آنها را برای حفاری چاه عمیق با دمای بالا یا ماشینکاری با سرعت بالا ضروری میسازد. محتوای کبالت ماتریس کاربید سیمانی زیرین باید چقرمگی و سختی را متعادل کند: محتوای بالای کبالت (مثلاً 15٪ - 20٪) منجر به چقرمگی ماتریس عالی می شود که می تواند در برابر ضربه های قوی مقاومت کند. محتوای کم کبالت (به عنوان مثال، 6٪ - 10٪) منجر به سختی ماتریس بالا، مناسب برای مقاومت در برابر سایش تحت بارهای پایدار می شود. علاوه بر این، شکل تاج دندانهای برش (به عنوان مثال، رویه صاف، بالای گرد)، زاویه چنگک، و طراحی زاویه فاصله بر روی مسیر برش و راندمان برداشتن تراشه تأثیر میگذارد و نیاز به بهینهسازی بر اساس مکانیزمهای سنگشکنی یا برش دارد.
فرآیند تولید و ثبات کیفیت ملاحظات ضمنی اما حیاتی هستند. ابزارهای PDC با کیفیت بالا به فرآیند پخت با فشار بالا و دمای بالا (HPHT) نیاز دارند تا از استحکام پیوند متالورژیکی بین لایه الماس و ماتریس اطمینان حاصل شود و از خطر لایهبرداری بین لایهای جلوگیری شود. خلوص (بیشتر یا مساوی 99.9٪) و یکنواختی توزیع اندازه ذرات (فاصله کمتر یا مساوی 2μm) پودر الماس مستقیماً بر قوام مقاومت در برابر سایش ابزار تأثیر می گذارد. یکنواختی توزیع فاز پیوند (بدون غنی سازی یا کمبود موضعی) قابلیت اطمینان پایداری حرارتی و مقاومت خستگی ضربه را تعیین می کند. انتخاب تامین کننده ای با سیستم بازرسی کیفیت جامع (مانند تست اولتراسونیک، آنالیز متالوگرافی و آنالیز حرارتی) می تواند از همان ابتدا خطر خرابی زودهنگام ناشی از نقص های ساخت را کاهش دهد.
اقتصاد و کل هزینه های چرخه عمر باید در یک ارزیابی جامع گنجانده شود. اگرچه ابزارهای PDC با کارایی بالا هزینه خرید اولیه بالاتری دارند، اما طول عمر آنها (3{8}}5 برابر بیشتر از ابزارهای معمولی) و راندمان عملیاتی بالا (30٪ -50٪ سرعت حفاری مکانیکی بالاتر) می تواند به طور قابل توجهی هزینه کلی هر واحد فیلمبرداری یا هر واحد ماشینکاری را کاهش دهد. اجتناب از قربانی کردن عملکرد کلیدی به خاطر قیمت پایین بسیار مهم است. محاسبه چرخه عمر کامل "هزینه اولیه + فرکانس جایگزینی + تلفات خرابی" باید برای انتخاب مقرون به صرفه ترین راه حل انجام شود.
به طور خلاصه، انتخاب ابزارهای PDC یک پروژه سیستماتیک است که تجزیه و تحلیل شرایط کاری، تطبیق پارامترها، تأیید فرآیند و ارزیابی اقتصادی را یکپارچه می کند. تنها با{1}}داده محور بودن و تقاضا{2}}محور بودن میتوان مناسبترین راهحل ابزار را در شرایط کاری پیچیده شناسایی کرد که تضمینی محکم برای عملکرد کارآمد و کنترل هزینه ارائه میکند.
