Mũi khoan kim cương đa tinh thể (PDC) và các loại mũi khoan PDC khác đã được giới thiệu ra thị trường trong nhiều thập kỷ. Trong suốt thời gian dài đó, mũi khoan PDC và các loại mũi khoan khác đã trải qua nhiều khó khăn trong giai đoạn đầu, đồng thời cũng có những bước phát triển vượt bậc. Dần dần, mũi khoan PDC đã thay thế các mũi khoan hình nón nhờ những cải tiến liên tục về chất lượng lưỡi cắt, độ ổn định và cấu trúc thủy lực của mũi khoan. Hiện nay, mũi khoan PDC chiếm hơn 90% tổng chiều dài khoan trên toàn thế giới.
Máy cắt PDC được phát minh lần đầu tiên bởi General Electric (GE) vào năm 1971. Những chiếc máy cắt PDC đầu tiên dành cho ngành công nghiệp dầu khí được chế tạo vào năm 1973 và sau 3 năm thử nghiệm và kiểm tra thực địa, nó được đưa vào thương mại năm 1976 sau khi được chứng minh là hiệu quả hơn nhiều so với các mũi khoan nút cacbua dùng trong việc nghiền nát vật liệu.
Ban đầu, cấu trúc của dao cắt PDC như sau: đầu tròn bằng cacbua (đường kính 8,38mm, độ dày 2,8mm) và lớp kim cương (độ dày 0,5mm không có vát cạnh trên bề mặt). Thời đó, cũng có loại dao cắt PDC "hệ thống phôi" Compax. Cấu trúc của loại dao cắt này như sau: phần Compax của dao cắt PDC được hàn vào phôi cacbua để dễ dàng lắp đặt vào mũi khoan thân thép, mang lại sự thuận tiện hơn cho người thiết kế mũi khoan.
Năm 1973, GE đã thử nghiệm mũi khoan PDC đời đầu của mình tại một giếng khoan ở khu vực King Ranch, miền nam Texas. Trong quá trình khoan thử nghiệm, vấn đề làm sạch mũi khoan đã được ghi nhận. Ba răng bị gãy tại mối hàn, và hai răng khác bị gãy cùng với phần vonfram cacbua. Sau đó, công ty đã thử nghiệm mũi khoan thứ hai tại khu vực Hudson, Colorado. Mũi khoan này đã cải thiện cấu trúc thủy lực để giải quyết vấn đề làm sạch. Mũi khoan đạt được hiệu suất tốt hơn trong các tầng đá sa thạch - đá phiến với tốc độ khoan nhanh. Tuy nhiên, vẫn có một số sai lệch so với quỹ đạo lỗ khoan dự kiến trong quá trình khoan, và một lượng nhỏ lưỡi cắt PDC vẫn bị mất do mối hàn.
Tháng 4 năm 1974, mũi khoan thứ ba được thử nghiệm tại khu vực San Juan, Utah, Hoa Kỳ. Mũi khoan này có cấu trúc răng và hình dạng được cải tiến. Mũi khoan này thay thế các mũi khoan hình nón thân thép trong giếng liền kề, nhưng vòi phun bị rơi và mũi khoan bị hư hỏng. Vào thời điểm đó, người ta cho rằng sự cố xảy ra gần cuối quá trình khoan trong điều kiện địa chất cứng, hoặc là vấn đề do vòi phun bị rơi gây ra.
Từ năm 1974 đến năm 1976, nhiều công ty sản xuất mũi khoan và các doanh nhân đã đánh giá nhiều cải tiến khác nhau đối với dao cắt PDC. Nhiều vấn đề hiện có đã được tập trung nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu đó đã được tích hợp một cách tự nhiên vào răng dao PDC Stratapax, được GE ra mắt vào tháng 12 năm 1976.
Việc đổi tên từ Compax thành Stratapax đã giúp loại bỏ sự nhầm lẫn trong ngành công nghiệp sản xuất mũi khoan giữa các mũi khoan có lõi cacbua vonfram và mũi khoan kim cương Compax.
Vào giữa những năm 90, người ta bắt đầu sử dụng rộng rãi công nghệ vát cạnh trên răng cắt PDC, công nghệ vát cạnh đa chiều đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1995. Nếu công nghệ vát cạnh được áp dụng đúng cách, khả năng chống gãy của răng cắt PDC có thể tăng lên 100%.
Vào những năm 1980, cả công ty GE (Mỹ) và công ty Sumitomo (Nhật Bản) đều nghiên cứu việc loại bỏ coban khỏi bề mặt làm việc của răng khoan PDC để cải thiện hiệu suất làm việc của răng. Tuy nhiên, họ đã không đạt được thành công thương mại. Một công nghệ sau đó đã được phát triển lại và cấp bằng sáng chế bởi Hycalog (Mỹ). Người ta đã chứng minh rằng nếu vật liệu kim loại có thể được loại bỏ khỏi khe hở giữa các hạt, độ ổn định nhiệt của răng khoan PDC sẽ được cải thiện đáng kể, giúp mũi khoan có thể khoan tốt hơn trong các tầng đá cứng và mài mòn cao. Công nghệ loại bỏ coban này cải thiện khả năng chống mài mòn của răng khoan PDC trong các tầng đá cứng có độ mài mòn cao và mở rộng hơn nữa phạm vi ứng dụng của mũi khoan PDC.
Bắt đầu từ năm 2000, việc ứng dụng mũi khoan PDC đã mở rộng nhanh chóng. Các tầng địa chất trước đây không thể khoan bằng mũi khoan PDC nay đã dần trở nên có thể khoan được một cách kinh tế và đáng tin cậy bằng mũi khoan PDC.
Tính đến năm 2004, trong ngành công nghiệp mũi khoan, doanh thu thị trường của mũi khoan PDC chiếm khoảng 50%, và chiều dài khoan đạt gần 60%. Sự tăng trưởng này vẫn tiếp tục cho đến ngày nay. Hầu hết các mũi khoan được sử dụng trong các ứng dụng khoan ở Bắc Mỹ hiện nay đều là mũi khoan PDC.
Tóm lại, kể từ khi ra mắt vào những năm 70 và trải qua giai đoạn tăng trưởng chậm ban đầu, mũi khoan PDC đã dần thúc đẩy sự phát triển liên tục của ngành công nghiệp mũi khoan phục vụ thăm dò và khai thác dầu khí. Tác động của công nghệ PDC đối với ngành công nghiệp khoan là rất lớn.
Các doanh nghiệp mới gia nhập thị trường răng cắt PDC chất lượng cao, cũng như các công ty sản xuất mũi khoan lớn, tiếp tục dẫn đầu cải cách và đổi mới vật liệu và quy trình sản xuất tiên tiến để hiệu suất của răng cắt PDC và mũi khoan PDC có thể được nâng cao liên tục.
Thời gian đăng bài: 07/04/2023