Поликристаллические алмазные долота (PDC) и PDC-буровые долота появились на рынке несколько десятилетий назад. За это долгое время PDC-резцы и PDC-буровые долота пережили множество трудностей на ранних этапах своего развития, а также значительное развитие. Постепенно, но в конечном итоге, PDC-долота вытеснили конусные долота благодаря постоянным улучшениям в конструкции резцов, стабильности долота и гидравлической системе. В настоящее время PDC-долота занимают более 90% всего объема буровых работ в мире.
Фреза PDC была впервые изобретена компанией General Electric (GE) в 1971 году. Первые фрезы PDC для нефтегазовой отрасли были созданы в 1973 году, а после 3 лет экспериментальных и полевых испытаний они были введены в коммерческую эксплуатацию в 1976 году, после того как было доказано, что они значительно эффективнее, чем дробящие действия твердосплавных буровых долот.
На заре своего существования конструкция резца PDC выглядела следующим образом: круглый твердосплавный наконечник (диаметр 8,38 мм, толщина 2,8 мм) и алмазный слой (толщина 0,5 мм без фаски на поверхности). В то время существовал также резец PDC Compax с "заготовочной системой". Конструкция этого резца была следующей: резец PDC Compax приваривался к твердосплавной заготовке, что облегчало его установку на стальной корпус сверла, тем самым повышая удобство для конструктора сверл.
В 1973 году компания GE провела испытания своего первого бурового долота PDC в скважине в районе Кинг-Ранч на юге Техаса. В ходе испытаний было выявлено наличие проблемы с очисткой долота. Три зуба вышли из строя в месте пайки, а два других сломались вместе с твердосплавной частью. Позже компания протестировала второе буровое долото в районе Хадсона в Колорадо. Это долото имело улучшенную гидравлическую конструкцию для решения проблемы очистки. Долото показало лучшие результаты в песчаниковых и сланцевых формациях при высокой скорости бурения. Однако во время бурения наблюдались некоторые отклонения от запланированной траектории скважины, и все же происходила небольшая потеря резцов PDC из-за пайки.
В апреле 1974 года в районе Сан-Хуан в штате Юта, США, было испытано третье буровое долото. Это долото имело улучшенную структуру зубьев и форму. Оно заменило стальные конусные долота в соседней скважине, но сопло выпало, и долото было повреждено. В то время это считалось следствием событий, произошедших ближе к концу бурения в твердом пласте, или проблемой, вызванной падением сопла.
С 1974 по 1976 год различные компании-производители буровых долот и предприниматели оценивали различные усовершенствования зубьев PDC. Многие существующие проблемы были предметом исследований. Результаты этих исследований органично интегрировались в зубья Stratapax PDC, выпущенные компанией GE в декабре 1976 года.
Смена названия с Compax на Stratapax помогла устранить путаницу в отрасли производства буровых долот между долотами с компактными вольфрамовыми сердечниками и алмазными долотами Compax.
В середине 90-х годов технология снятия фаски на зубьях PDC-станков получила широкое распространение; технология многократного снятия фаски была запатентована в 1995 году. При правильном применении технологии снятия фаски сопротивление разрушению зубьев PDC-станков может быть увеличено на 100%.
В 1980-х годах компании GE (США) и Sumitomo (Япония) изучали возможность удаления кобальта с рабочей поверхности зубьев PDC для улучшения их рабочих характеристик. Однако коммерческого успеха они не добились. Позже компания Hycalog (США) разработала и запатентовала технологию, которая показала, что удаление металлического материала из зазора между зернами значительно повышает термическую стабильность зубьев PDC, что позволяет бурить более твердые и абразивные породы. Эта технология удаления кобальта улучшает износостойкость зубьев PDC в высокоабразивных твердых горных породах и расширяет область применения долот PDC.
Начиная с 2000 года, применение буровых долот PDC быстро расширилось. Пласты, которые невозможно было бурить с помощью долот PDC, постепенно стали доступны для экономичного и надежного бурения с использованием буровых долот PDC.
По состоянию на 2004 год, в отрасли буровых долот рыночная выручка от PDC-долот составляла около 50%, а дальность бурения достигала почти 60%. Этот рост продолжается и по сей день. Практически все используемые в настоящее время в североамериканских буровых работах долота — это PDC-долота.
Вкратце, с момента своего появления в 70-х годах и первоначального медленного роста, резцы PDC постепенно способствовали непрерывному развитию отрасли буровых долот для разведки и бурения нефти и газа. Влияние технологии PDC на буровую отрасль огромно.
Новые участники рынка высококачественных режущих зубьев PDC, а также крупные буровые компании продолжают лидировать в реформировании и внедрении инновационных материалов и производственных процессов, что позволяет постоянно улучшать характеристики режущих зубьев и буровых долот PDC.
Дата публикации: 07.04.2023