Při průzkumu a vývoji zdrojů a zpracování materiálů s vysokou -otěruvzdorností{1}} jsou provozní efektivita a spolehlivost nástrojů vždy hlavními faktory omezujícími výrobní kapacitu a náklady. Nástroje PDC (nástroje z polykrystalických diamantových kompozitů) se svými strukturálními výhodami kombinující ultra-vysokou tvrdost vnější diamantové vrstvy s dobrou houževnatostí podkladové vrstvy ze slinutých karbidů, se staly klíčovými nástroji pro rázové opotřebení. Výkon jednoho nástroje však nelze plně realizovat bez podpory systematického řešení. Pouze organickou integrací návrhu nástroje, přizpůsobení pracovních podmínek, optimalizace procesů a řízení provozu a údržby lze dosáhnout cílů vysoké účinnosti, stability a hospodárnosti.
První krok v nástrojových řešeních PDC spočívá v přesné analýze pracovních podmínek a výběru nástroje. Různé vrstvy vykazují významné rozdíly v tvrdosti horniny, abrazivnosti a vrtatelnosti. Nevhodný výběr může snadno vést k abnormálnímu opotřebení nebo poškození řezných zubů nárazem. Vytvořením stratového charakteristického modelu pomocí geologických dat a historické provozní zpětné vazby lze jasně identifikovat pevnost v tlaku, modul pružnosti a podíl tvrdých minerálů v cílové oblasti, což umožňuje přizpůsobení vhodné velikosti diamantového zrna, typu vazebné fáze a struktury profilu zubu. Například u středně-měkkých až středně{5}}tvrdých pískovcových a vápencových útvarů s vysokou abrazivitou jsou pro zlepšení odolnosti proti opotřebení vhodnější-jemnozrnné diamantové vrstvy. U štěrkových-ložisek nebo útvarů s vysokým rázem-by se však pozornost měla zaměřit na konstrukci zubu{10}odolnou vůči nárazu, které je dosaženo zesílením matrice slinutého karbidu nebo optimalizací úhlu fasety zubu pro rozložení zatížení.
Přesné řízení výrobního procesu je technologickým základním kamenem řešení. Moderní nástroje PDC využívají proces slinování při vysoké teplotě a vysokém tlaku (HPHT), který umožňuje mikročásticím diamantu vytvořit hustou a robustní kompozitní vrstvu zprostředkovanou vazebnou fází. Snížením zbytků katalytických kovů nebo zavedením keramických nebo karbidových-nekovových fází do systému vazebných fází lze výrazně zlepšit tepelnou stabilitu a odolnost proti rázové únavě, čímž se zabrání rizikům diamantové grafitizace a delaminace při vysokoteplotním vrtání nebo vysokorychlostním řezání{7}}. Stejně zásadní je přizpůsobený návrh geometrie zubu, včetně optimalizace úhlu čela, úhlu hřbetu, profilu korunky a morfologie drážky třísky. To zlepšuje trajektorii řezání, snižuje zvlnění točivého momentu a zvyšuje účinnost odstraňování odřezků, čímž se snižuje sekundární opotřebení při broušení.
Řešení na-úrovni webu zahrnují optimalizaci parametrů vrtání a{1}}monitorování v reálném čase. Na základě indexu vrtatelnosti formace a modelu mechanické energie zajišťují dynamické úpravy rychlosti otáčení, vrtacího tlaku a výtlaku čerpadla účinnost-lámání skály a zároveň zabraňují nárazům z přetížení. V kombinaci se systémem měření-během-vrtání (MWD) a zařízeními pro sledování vibrací a točivého momentu lze provozní stav řezných zubů zaznamenávat v reálném čase. Jakékoli abnormální signály zatížení nebo teploty mohou spustit včasná varování a rychlé snížení parametrů nebo odstranění vrtné kolony za účelem kontroly, čímž se zabrání katastrofickému selhání. Strategie přebrušování a opětovného použití opotřebovaných nástrojů navíc prodlužují celkovou životnost a snižují náklady na spotřební materiál.
Uzavřený-systém řízení provozu a údržby je nezbytný pro udržitelný provoz řešení. Vytváření záznamů o používání nástroje, dokumentování podmínek formování, provozních parametrů, vzorů opotřebení a režimů poruch poskytuje datovou podporu pro následný výběr nástroje a iteraci procesu. Pravidelná kalibrace souososti zařízení a přesnosti upnutí zajišťuje stabilní instalaci nástroje a snižuje lokalizovanou koncentraci zatížení způsobenou házením.
Stručně řečeno, nástrojové řešení PDC není pouze souborem jednotlivých produktů, ale komplexním projektem systémového inženýrství, který integruje přizpůsobení sestavy, optimalizaci materiálu a konstrukce, řízení procesů, -kontrolu na místě a správu- řízenou daty. Dosáhl pozoruhodných výsledků ve zlepšení rychlosti mechanického vrtání, prodloužení životnosti vrtání a snížení -neproduktivního času a celkových nákladů, poskytuje spolehlivou cestu pro těžbu ropy a zemního plynu, geologický průzkum a obrábění s vysokou odolností proti opotřebení-, aby se vyrovnal se složitými výzvami, a bude nadále optimalizován a upgradován pomocí integrace inteligentních a digitálních technologií.
