Neft va gazni burg'ulash va geologiya-qidiruv kabi sanoat sohalarida polikristalli olmos kompakt (PDC) o'zining yuqori qattiqligi, eskirishga chidamliligi va zarbaga chidamliligi tufayli ekstremal ish sharoitlarini qo'llab-quvvatlovchi asosiy materialga aylandi. Global neft va gaz konlarida yillik PDC talabi 4,5 milliard AQSh dollaridan oshadi va neft va gazni burg'ulash bo'yicha umumiy tasvirlarning 90% dan ortig'i PDC bitlari bilan yakunlanadi. Biroq, chuqur va murakkab qatlamlarning - qattiqligi yuqori abraziv jinslar, kuchli zarba yuklari va yuqori haroratlar - qiyinchiliklari PDCni "tor bo'g'oz"ga olib keladi: burg'ulashning past mexanik burg'ulash tezligi (ROP), qisqa xizmat muddati, oson delaminatsiya va parchalanishi, olmos qatlamining xizmat ko'rsatishi va hatto eskirishiga jiddiy ta'sir qiladi. samaradorlik.
Ushbu sanoat og'riq nuqtasiga javoban, kriyojenik davolash texnologiyasi PDC ish faoliyatini yaxshilashda qo'llash uchun o'rganildi. Materiallarni -130 darajadan past haroratda "o'ta past haroratni o'zgartirish" ga ta'sir qilishni o'z ichiga olgan kriogenik ishlov berish avval po'lat, alyuminiy qotishmalari va qattiq qotishma asboblarga sezilarli ta'sir ko'rsatdi: mustahkamlash fazalarini cho'ktirish va qoldiq kuchlanishni optimallashtirish orqali materiallarning mustahkamligi va aşınma qarshiligini sezilarli darajada oshirdi. Shunday qilib, "qattiq qotishma + olmos" kompozit materiali bo'lgan PDC uchun kriyojenik ishlov berish uning ishlashidagi qiyinchiliklarni bartaraf eta oladimi?
Yaqinda PDC kompozit plitalari uchun innovatsion chuqur kriyojenik davolash usuli paydo bo'ldi. Bu usul haroratning o'zgarish tezligini aniq nazorat qilishni, PDC kompozit plitalarini -196 darajaga qadar asta-sekin sovutish va ularni 24 soat davomida shu haroratda ushlab turishni, keyin ularni asta-sekin xona haroratiga qizdirishni o'z ichiga oladi. Chuqur kriyojenik davolashni yakunlash uchun bu jarayon ikki marta takrorlanadi. Eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, chuqur kriyojenik ishlov berishdan so'ng PDC ning mikroqattiqligi 10,4% ga oshadi (5,3 GPa ga o'sish), aşınma qarshiligi (eskirish nisbati bilan o'lchanadi) 11,8% ga yaxshilanadi va zarba chidamliligi 79,4% ga (taxminan 234 J dan 420 J ga) oshadi. Ushbu ma'lumotlar to'g'ridan-to'g'ri chuqur kriyojenik davolash natijasida yuzaga kelgan PDC ishlashining sezilarli yaxshilanishini ko'rsatadi.
Shakl. 1. PDC namunasining sxematik diagrammasi.
Shakl. 2. CDW-196 kriogenli tozalash tizimining sxematik diagrammasi.
Shakl. 3. Kriogen bilan davolash jarayoni.
Shakl. 4. VTL testining sxematik diagrammasi.
Shakl. 5. PDC zarba chidamliligi sinovining sxematik diagrammasi.
Shakl. 6. PCD qatlamidagi Raman test pozitsiyalarining sxematik diagrammasi.
Shakl. 7. PDC bitlarining rasmlari (chapda) va burg'ulash sinov dastgohi (o'ngda).
Shakl. 8. Ishlov berilmagan va kriogen bilan ishlov berilgan PDC ning mikroqattiqligi.
Shakl. 9. Ishlov berilmagan va kriogen bilan ishlov berilgan PDC ning eskirish nisbati.
Shakl. 10. (a) ishlov berilmagan PDC va (b) kriyojenik ishlov berilgan PDCdan 30 marta o‘tgandan keyin tekis kiying.
Shakl. 11. Ishlov berilmagan va kriyojenik ishlov berilgan PDC ning ta'sirga chidamliligi sinovi natijalari.
Shakl. 12. Har bir aylanma safarning oʻrtacha ROP solishtirish.
Bundan tashqari, JB-T3235-1999 sintetik olmosli sinterlangan jismlarning aşınma nisbati uchun sinov usuli orqali chuqur kriyojenik ishlovdan o'tgan va o'tmagan PDC kompozit varaqlarida qiyosiy sinov o'tkazildi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, chuqur kriogenik ishlov berishdan so'ng PDC kompozit plitalarining aşınma nisbati 42% ga kamaydi, bu ularning aşınma qarshiligining sezilarli darajada yaxshilanganligini ko'rsatadi. Dala burg'ulash sinovlarida chuqur kriyojenik ishlov berish bilan PDC matkap uchlarini mexanik burg'ulash tezligi 27,8% ga oshdi va quduqdan chiqishda yangilik 35% ga oshdi, bu PDC burg'ulash bitlarining ish faoliyatini yaxshilashda chuqur kriogenli tozalash texnologiyasining samaradorligini yanada tasdiqladi.
Xo'sh, kriyojenik davolash qanday qilib bu ko'rsatkichga erishadi? Skanerli elektron mikroskopiya (SEM), energiya dispersiv spektroskopiyasi (EDS) va rentgen nurlari difraksiyasi (XRD) tahlillari uning mikrotuzilmasidagi o'zgarishlarni aniqlaydi: kriyojenik davolash ko'proq I-Co (kobaltning mustahkamlanish bosqichi) va WC (volfram) fazalari va bo'g'imlarga aylanadi. torroq", material ichida zichroq "himoya to'ri" to'qish, uning aşınma qarshiligini va termal barqarorlikni oshiradi. Shu bilan birga, Raman spektroskopiyasi tahlili shuni ko'rsatadiki, PDC ning ichki bosim kuchlanishi kriyojenik ishlov berishdan so'ng sezilarli darajada oshadi, kuchlanish stressi pasayadi yoki hatto "siqilish stressiga qaytadi" va ko'p sonli "intergranular yoriqlar" paydo bo'ladi. Ushbu stressni qayta taqsimlash va sinish rejimini o'zgartirish zarba chidamliligining sakrashining asosiy mexanizmlari hisoblanadi.
Suyuq azot bilan chuqur kriyojenik ishlov berish nafaqat PDC kompozit plitalarining qattiqligini, aşınmaya bardoshliligini va ta'sirga chidamliligini sezilarli darajada oshiradi, balki ularning mikro tuzilishini optimallashtiradi, mexanik xususiyatlarini va burg'ulash ish faoliyatini sezilarli darajada yaxshilaydi, neft va gazni burg'ulash maydoniga inqilobiy o'zgarishlar olib keladi. U laboratoriya tadqiqotlaridan muhandislik dasturiga samarali o'tishga erishdi. Ushbu texnologiya an'anaviy materiallarga yangi hayotiylik kiritadi va chuqur burg'ulashning samaradorlik muammosini bartaraf etishning muhim usullaridan biriga aylandi.
