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PDC石油天然气用复合片与天然金刚石复合片有什么区别?

2025-03-06
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材料来源与制造工艺

  • PDC 石油天然气用复合片:是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成的复合材料15。

  • 天然金刚石复合片:以天然金刚石为主要原料,通过特殊的工艺将天然金刚石与其他材料(如硬质合金等)复合在一起,天然金刚石的获取依赖于自然开采。

结构特点

  • PDC 石油天然气用复合片:通常由上部较薄的聚晶金刚石层和下部的硬质合金衬底层组成,聚晶金刚石层厚度一般控制在 0.5-1 毫米左右,现在也有发展到 2-4 毫米的。

  • 天然金刚石复合片:结构上也是由天然金刚石层与衬底层复合,但天然金刚石的晶体结构是自然形成的,在与衬底结合时,结合界面的特性与 PDC 有所不同,且天然金刚石层的厚度等指标受天然金刚石原料的限制。

性能表现

  • 硬度与耐磨性:PDC 复合片的硬度一般为 HV7500-9000,天然金刚石是自然界硬度最高的物质,其硬度高于 PDC 复合片。在耐磨性方面,PDC 耐磨性一般为硬质合金的 60-80 倍,天然金刚石复合片的耐磨性理论上更高。

  • 抗冲击性:PDC 复合片由于有硬质合金衬底的支撑,抗冲击性较好,能承受一定的钻探冲击。天然金刚石虽然硬度高,但天然金刚石晶体存在解理面等缺陷,在受到冲击时,相对更容易沿解理面破裂,抗冲击韧性相对较差。

  • 热稳定性:PDC 复合片在 350℃左右时,磨损速度会显著加快,700℃左右强度失效。天然金刚石复合片的热稳定性相对较好,但在高温下也会发生石墨化等现象,影响其性能。

成本与市场价格

  • PDC 石油天然气用复合片:通过人工合成的方式生产,生产效率相对较高,成本相对较低,在石油天然气钻探领域应用广泛,市场价格相对较为亲民,能够满足大规模的钻探需求。

  • 天然金刚石复合片:由于天然金刚石的稀缺性和开采成本高,使得天然金刚石复合片的成本高昂,市场价格昂贵,在石油天然气钻探领域的应用相对较少,通常只在一些特殊的、对性能要求极高且预算充足的钻探场景中使用。

应用场景

  • PDC 石油天然气用复合片:适用于软至中硬地层的钻探,如页岩、砂岩等地层,能够发挥其高效切削和良好抗冲击性的优势,有效提高钻探效率,降低成本。

  • 天然金刚石复合片:更适合用于钻进极硬地层,如花岗岩等,在一些对钻探精度和效率要求极高、且经济成本不是主要考量因素的高端钻探项目中具有独特优势。

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