МЕХАНИЗМЫ НЕОРАТИМОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ДЕФЕКТАМИ СТРУКТУРЫ

Стоян В, П. к ф-м. н.

В результате выполненных исследований на основе единых представлений о структуре установлены

закономерности необратимого деформирования и разрушения твердых тел, разработаны методы их расчетно-теоретического прогноза, которые могут быть использованы для исследования свойств широкого класса твердых тел и расчетов в областях инженерной деятельности, связанной с оценкой деформативных и прочностных свойств материалов.

Снимок экрана 2019-02-01 в 14.56.37.png

FRACTAL SURFACES AS SELF ORGANIZATION OF MICROFRACTURES

Stoyan. V.P.

The fracture is treated as loss of stability in a stretched structure, for which the fluctuations of

state are inevitable and lead to creation of zones with disturbed continuity. The fact that stabil-

ity is lost implies that the fractal surfaces growth phenomenon should be treated as a self- or-

ganization of microfractures in non-equilibrium system which can not be considered in terms of

infinitesimal variations, Cracks have the typical zigzag fractal microconfiguration depending on

the structure of loading the domain. Fracture mechanisms are formulated on the grounds of

physical concepts of crack propagation in a solid structure.

Снимок экрана 2019-02-01 в 14.54.47.png

Самоорганизация микроразрушений и локальных трещин в хрупких телах при произвольном трехмерном нагружении

Стоян В, П. к ф-м. н.

Предлагается аксиоматический подход к описанию механизма распространения трещин из микродефектов в хрупких телах при произвольном трехмерном напряженном состоянии. Микродефект описывается через совокупность фронтов. лежащих в его плоскости. Для каждого из фронтов рассчитываются приведенные растягивающие напряжения, отнесенные к прилегающей структурной связи между структурными элементами среды. Предполагается, что микроразрушения происходят лискретно, при достижении в структурных связях теоретической прочности. Микроразрушение трактуется как неравновесный и поэтому чрезвычайно быстрый процесс потери устойчивости растянутой структуры. Распространение трещины рассматривается как последовательность таких чрезвычайно быстрых микроразрушений, чередующихся со значительно более продолжительными промежутками времени формирования сингулярности в окрестности вновь образовавшихся фронтов разрушения. Для различных видов трехмерного нагружения выделены различия в закономерностях распространения трещин и особенностях микроконфигурации их поверхностей, а также различия в степени влияния компонент трехмерного нагружения на прочность хрупкой области. Показано, что обнаруженные закономерности хорошо согласуются с характерными особенностями свойств хрупких материалов, не объяснимыми с известных позиций.

Необратимые большое локальные скольжения несвязной сыпучей среды при закономерном жестком квазистатическом нагружении

Стоян В, П. к ф-м. н.

Рассматривается теория скольжения для случая больших деформаций. Пеобратимое искажение скольжением представляется как преобразование простого сдвига по Трусделлу и задается относительно ненапряженной конфигурации. Доказывается, что малое локальное скольжение приводит к уменьшению касательных напряжений по площадке скольжения и изменению напряженного состояния во всей области. Рассчитанные

ориентации систем локальных скольжений сравниваются с результатами классических экспериментов по знакопеременному квазистационарному деформированию несвязных сыпучих материалов.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.03.57.png

Алмазные CVD-покрытия режущих инструментов

К. Ф. Сергейчев

Повышение требований к режущим инструментам, используемым в разных сферах дея-тельности, начиная от обработки твёрдых материалов до хирургических операций, в от-ношении твёрдости, химической инертности и стойкости к износу заставляет совершен-ствовать существующую технологию производства алмазного инструмента,последовательно приближая эти параметры к характеристикам самого алмаза. Вопрос жизнестойкости инструментов наиболее актуален сегодня в нефтегазодобывающей от-расли, где для бурения скальных пород используются вращательные долота, оснащенныеPDC (Polycryиstalline Diamond Cutter) фрезами, которые производят спеканием при чрезвы-чайно высоких значениях давления и температуры.

В обзоре рассматриваются особенности производства PDC-резцов, их характеристики и ограничения по условиям применения. Стойкость PDC-фрез, цементированных кобальтом,ограничена максимально допустимой температурой 700 оС из-за разницы коэффициентов температурного расширения алмазного абразива и цементирующей связки, а также из-за графитизации алмаза кобальтом. Обзор ориентирован на инженеров, связанных с обра-боткой твёрдых и абразивных материалов. В нём объединены сведения, представленные в российских и зарубежных публикациях по вопросам технологии производства PDC-резцов и их упрочнения методами, СVD-осаждения поликристаллических алмазных плёнок.В заключение обсуждаются возможности применения СВЧ-реакторов ARDIS-100 и СВЧ-факела для CVD-синтеза алмазных покрытий.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.03.48.png

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ PCD РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ КОМПЛЕКТАЦИИ PDC БУРОВЫХ ДОЛОТ

Куфтырев Р.Ю., Полушин Н.И., Котельникова О.С., Лаптев А.И., Сорокин М.Н.

В настоящей работе проведено исследование износостойкости режущих элементов PCD марки GES 1313 фирмы  в виде цилин- дров диаметром 13,44 мм и высотой 13 мм при резании гранита и абразивных кругов методом токарной обработки при различных скоро- стях, определена оптимальная скорость резания, получены сравнительные данные по резанию Мансуровского гранита и абразивных кругов марки 64С (SiC) с целью разработки рекомендаций по условиям испытания PCD режущих элементов. 

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.04.35.png

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДИКИ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА PDC ЗУБКОВ АЛМАЗНЫХ БУРОВЫХ ДОЛОТ

 

Ненашев, И.Д. Ибатуллин, А.Н. Журавлев, С.И. Косулин

 

В статье представлены результаты разработки методик и технических средств контроля качества зубков буровых долот со вставкой из синтетических поликристаллических алмазных покрытий (PDC). Представлены схемы исполнений.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.05.08.png

НОВЫЙ УЛЬТРАТВЕРДЫЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

А. А. Шульженко, А. Н. Соколов, В. Г. Гаргин, В. Г. Ральченко, В. И. Конов, Л. И. Александрова, Р. К. Богданов, А. П. Закора, В. Н. Ткач, Н. И. Заика, И. И. Власов, И. А. Артюков, Ю. С. Петронюк

В работе обсуждаются результаты элементного анализа, исследования структуры и физико-механических свойств CVD-армированного ультратвердого поликри- сталлического композиционного материала, а также его практическое применение в качестве вооружения породоразрушающего инструмента.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.04.12.png

The History and Impact of Synthetic Diamond Cutters and Diamond Enhanced Inserts on the Oil and Gas Industry

D.E. Scott

The PDC cutter for oil and gas drill bits was introduced commercially in 1976, after three years of development work and market testing. This paper will discuss the market conditions, technical challenges, and milestones in the past three decades of the PDC drill bit and diamond enhanced rolling cone drill bit for oil and gas wells. After a period of very slow growth, the bits entered a period of sustained growth through the 1990s driven by technology improvements in the cutters, inserts, and bit technology. The author will highlight the significant growth in the market for oil and gas drill bits, and PDC bits in particular in the past 5 years, and demonstrate the impact of this technology on the superabrasives industry as well as the bit industry.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.04.44.png

The Structure Design of Special-shaped PDC Reinforced-cutter and its Finite Element Method Analysis

Derong Zhang, Amy Chang, Chunyan Kong, and Xiaofei Zhang 

A new structure is proposed to solve the failure mode of PDC cutter created by its mechanical fatigue, crack and diamond table delamination, so as to improve their service life. By applying the finite element method analysis, the force allocation of PDC cutter and multi-face (as known non-planar) designed PDC reinforced-cutter revealed that: the distribution and size of the internal stress in the cutter when working was improved, and the multi-face structure further reinforced the meshing force of the cutter’s PDC layer and cemented carbide substrate. And thus significantly strengthen the shear-resistance capability. This is particularly meaningful to the kinematics of mono-cone bit and its adaptive exploration of rock-breaking features, as well as to the related scientific disciplines in the future.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.04.19.png

Failure analysis and optimum structure design of PDC cutter

Chunyan Kong, Zheng Liang, Derong Zhang

PDC (Polycrystalline Diamond Compact) cutter is made of PCD (Polycrystalline Diamond) powder plus acti- vator (Cobalt or Silicon) and WC (Wolfram Carbide) sub- strate and sintered under high temperature and pressure [1]. The PDC cutter is widely prevailed in the markets of measuring and cutting tools, down-hole tools of oil and gas drilling, mining and geothermal drilling industries. It owns key performance indicators including but not limited to wear resistance, high hardness, good thermal stability and impact toughness 

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.04.05.png

A study on PDC drill bits quality

M. Yahiaoui a,n, L. Gerbaud b, J.-Y. Paris a, J. Denape a, A. Dourfaye

The quality of innovating PDC (Polycrystalline Diamond Compact) bits materials needs to be determined with accuracy by measuring cutting efficiency and wear rate, both related to the overall mechanical properties. An original approach is developed to encompass cutting efficiency and wear contribution to the overall sample quality. Therefore, a lathe-type test device was used to abrade specific samples from various manufacturers. Post-experiment analyzes are based on models establish- ing coupled relationships between cutting and friction stresses related to the drag bits excavation mechanism. These models are implemented in order to evaluate cutting efficiency and to estimate wear of the diamond insert. Phase analysis by XRD and finite element simulations were performed to explain the role of physicochemical parameters on the calculated quality factor values. Four main properties of PDC material were studied to explain quality results obtained in this study: cobalt content in samples that characterizes hardness/fracture toughness compromise, undesired phase as tungsten carbide weakening diamond structure, diamond grains sizes and residual stresses distribution affecting abrasion resistance.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.04.28.png

Quality and wear behavior of graded polycrystalline diamond compact cutters

M. Yahiaoui, J.-Y. Paris, K. Delbé, J. Denape, L. Gerbaud, C. Colin, O. Ther, A. Dourfaye

The wear behavior of conventional and graded polycrystalline diamond compact cutters was studied using a ver- tical lathe with mortar counterfaces. Different cutters were considered regarding to their diamond grain size and the high pressure and the high temperature conditions of the manufacturing process (HPHT). On the base of these cutters, a cobalt graduation process was performed on the WC–Co substrates by reactive imbibition. A quality factor developed in previous studies was calculated to evaluate cutters wear performances. The results showed that a controlled HPHT process can act on the wear resistance certainly by improving the diamond grain boundary cohesion. Unexpectedly, the diamond granulometry appeared to be a secondary factor influenc- ing the wear resistance. The reactive imbibition clearly increased the wear resistance, even for cutters with coarse diamond grains (i.e. potentially impact resistant). Finally, a third body approach describes that the quartz parti- cles detached from the mortar rock realizes abrasive scratches on the cutters wear flat. When the wear flat reaches the substrate, the formation of voids in the contact, associated with the trapping of abrasive particles, rises the wear kinetic. As a secondary mechanism, Raman spectroscopy measurements highlighted tribological transformed structures by the formation of graphite and amorphous carbon on the diamond worn surfaces.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.05.00.png

Drilling efficiency and Stability Comparison Between Tricone, PDC and Kymera Drill Bits

Gergana Nikolova Karadzhova

The primary object of this thesis is to analyse and optimise the drill bits performance that used to drill on the Norwegian Continental Shelf. The three different types of bits that were utilized under drilling are described in the first part of the thesis. The different aspects of designs and features are discussed and their technological advantages are highlighted.

In the second part of the thesis an experimental tests are conducted. The main purpose of this test is to evaluate the performance, efficiency and stability of 9 1⁄2 inch Kymera (KM623), against 9 1⁄2 inch PDC (6 bladed), and 9 1⁄2 inch (TCI) VMD - 20. The test will compare the drillability (ROP), durability (dullgrade, wear etc) and stability of Kymera vs PDC and TCI. All the bits will be tested in the same formation types and strenghts at the same range of RPM and ROP parameters. Bit response, stability and MSE will be evaluated in order to better understand bit behavior in the subject formation. The analyses and conclusions will be used for future field drilling optimization and advice in offshore operations.

Снимок экрана 2019-02-01 в 10.04.53.png

UNDERSTANDING AND CONTROLLING RESIDUAL STRESSES IN THICK POLYCRYSTALLINE DIAMOND CUTTERS FOR ENHANCED DURABILITY

Ken Bertagnolli and Roger Vale

Residual stresses in PDC cutters arise from the difference in thermal expansion between the polycrystalline diamond layer and the supporting tungsten carbide substrate after sintering at high pressure and temperature. If not managed correctly, these stresses can significantly reduce the toughness of the cutters, especially as the diamond-layer thickness increases. Current industry trends favor thick diamond cutters to take advantage of increased cutter life. This paper outlines the potential benefits of using thick diamond layers and details a mechanism for mitigating the related high residual tensile stresses. Finite-element models, laboratory tests, and field results are presented.

© 2006 ООО "НПП "Динамика и прочность" http://www.nppdpltd.com                                                                                         designed by FutureCom    2019