До того, как технология производства PDC стала зрелой, или, скорее, до того, как сверла PDC были полностью разработаны, некоторые производители использовали поликристаллический синтетический алмаз без подложки из цементированного карбида для замены крупных природных алмазов при производстве сверл с поверхностной-установкой. Поликристаллический алмаз бывает различной формы, в том числе цилиндрической с коническим концом, треугольных блоков, дисков, прямоугольников и блоков.
Примеры включают Geoset и Fomset компании GE, Syndax3 компании De Beers и TSP из Института абразивов Чжэнчжоу. Их общей характеристикой является высокая термическая стабильность, что означает, что они могут выдерживать высокие температуры от 1000 до 1100 градусов и могут быть непосредственно спечены на коронке корпуса сверла, состоящего из порошка карбида вольфрама и связующего металла, и действовать как режущие зубья для разрушения и прорезания горных пород.
С 1969 по 1975 год Чжэнчжоуский институт абразивов производил несколько типов поликристаллических алмазов JR20SN-2 разного диаметра. Первоначально они использовались при производстве импрегнированных сверл и расширителей для поддержания диаметра скважин при бурении горных пород ниже 7 класса в шахтах. Позже поликристаллические алмазы размером 6×6 мм были использованы для изготовления буровых долот, которые были испытаны на нефтяном месторождении Шэнли. На примере бурения на глубину 2400 м поликристаллическое долото сэкономило от 11 000 до 12 000 юаней на скважину и 78% времени по сравнению с долотами из цементированного карбида; по сравнению с шарошечными долотами это позволило сэкономить более 50% затрат и сократить время бурения на 5–8 дней. Кроме того, поликристаллические алмазы 1,8×5 мм использовались в геологических колонках и расширителях, а поликристаллические алмазы 2,5×5 мм использовались для поддержания диаметра пропитанных буровых долот в металлургии, угольных месторождениях и геологии, с результатами, аналогичными природным алмазам.
В начале 1980-х годов, еще до того, как моя страна успешно разработала собственную технологию PDC, поликристаллические алмазы размером 6×6 мм широко использовались в коронках и полнозабойных буровых долотах (сверлах в форме арбуза-) для бурения нефти и газа. Поликристаллические алмазы треугольной формы-формы также широко использовались при производстве колонковых или полнозабойных буровых долот для пород средней-твердости и твердости (таких как известняк и доломит) и слабоабразивных пород. После крупномасштабного-производства PDC отечественного производства в 1990-х годах поликристаллические алмазные компакты (PDC) постепенно ушли с рынка бурения, будучи полностью заменены PDC.
Исследования, разработка и применение долот PDC для бурения нефти и газа заняли значительное время. Ранние PDC имели низкую ударопрочность и демонстрировали расслоение в сочетании с проблемами при проектировании и производстве буровых долот, а также с присущими рисками, связанными с бурением нефти и газа. Производители шарошечных буровых долот, которые занимали большую долю рынка бурения, действовали не очень активно, поэтому исследование и применение долот PDC столкнулись со значительными трудностями и сопротивлением.
В период с 1973 по 1975 год в США проводились испытания с использованием PDC размером 8,38×2,8 мм (Compax) с алмазным слоем толщиной 0,5 мм производства GE, которые приваривались к твердосплавным вставкам, а затем устанавливались на стальные сверла. Большой объем исходных данных испытаний показал, что PDC может заменить природные алмазы, используемые в буровых долотах с поверхностной установкой для бурения самых твердых и абразивных пород. Однако, учитывая структурные и эксплуатационные характеристики PDC, а также тот факт, что большинство нефтяных и газовых пластов относятся к категории мягких и средней-твердости, производители буровых долот сосредоточили применение PDC на рынке бурения нефтяных скважин, который имел значительный рыночный потенциал. Научно-исследовательский центр бурения Университета Талсы участвовал в первоначальной разработке плоских долот PDC и провел ключевые испытания самого PDC. За этот период компания GE провела испытания четырех сверл PDC в Южном Техасе, Колорадо, Юте и Верхнем Мичигане, которые выявили некоторые проблемы со вставками PDC, конструкцией сверл и производством.
После решения проблем, возникших при первоначальных испытаниях, в декабре 1976 года GE выпустила серию продуктов Stratapax PDC специально для буровых долот, которые имели улучшенные характеристики, были более ударостойкими-и их было легче крепить к корпусу бурового долота. В то же время компания Diamant Boart провела несколько относительно успешных испытаний буровых долот PDC в соляных пластах Персидского залива и Северного моря, а компания Eastman Christensen также провела испытания в Северном море. После первоначальных исследовательских испытаний, описанных выше, с конца 1980-х годов по настоящее время производители PDC внесли ряд улучшений и инноваций в долота PDC, значительно повысив их производительность. Между тем, крупные производители буровых долот, движимые быстро развивающимся энергетическим рынком и постоянно растущими ценами на сырую нефть, активно сотрудничали с нефтяными компаниями для разработки серии новых долот PDC, улучшая их производительность и расширяя диапазон их применения.
С 1990-х годов был достигнут значительный прогресс в решении проблем, возникающих при бурении сланцевых пластов, путем улучшения гидравлики бурового раствора для контроля комкования долота в сланцах. Важным достижением в области буровых долот PDC стало открытие Amoco того, что основной причиной повреждения долота является вращательное биение (качание). Это привело к разработке технологии противо-раскачивания. Производители буровых долот с точки зрения конструкции приняли ряд методов проектирования, препятствующих-раскачиванию, для расположения фрезы, конструкции лопасти и формы профиля долота, чтобы свести к минимуму вращательное биение. Кроме того, компания Eastman Christensen коммерциализировала продукт Amoco, препятствующий-качанию, используя устройство стабилизации долота для уменьшения сильных виляционных нагрузок, вызывающих повреждения во время бурения, и официально выпустила на рынок буровые долота с защитой от-вращения. Эти долота особенно выгодны при бурении много-слоистых (неоднородных) горных пород. Кроме того, форма коронки коронки эволюционировала от плоской до арбузной-формы с 3–8 или даже большим количеством лопастей (спиральной).
Еще одной причиной постоянного совершенствования и инноваций долот PDC является разработка и применение более современных и сложных систем компьютерного моделирования данных (CAD/CAM) в сочетании с лабораторной проверкой, что повышает вероятность успешного применения долот. В моей стране разработка долот PDC отставала от США примерно на 15 лет из-за ограничений внутреннего производства. В середине-1980-х годов такие подразделения, как Цзянханьский завод буровых долот, Даганский научно-исследовательский институт бурения на заводе общего машиностроения и Пекинский нефтяной университет, начали разработку буровых долот PDC. После создания Sichuan Christensen Diamond Drill Bit Company в 1985 году и Xinjiang DBS Drill Bit & Tool Company в 1990 году эти компании представили передовые зарубежные технологии буровых долот PDC и последующие новые технологии. Они использовали высококачественные и надежные материалы PDC производства GE, DeBeers и USS, а изготовленные ими буровые долота продемонстрировали отличные характеристики в буровых операциях, проложив путь к быстрой разработке и применению долот PDC в моей стране и продемонстрировав блестящие перспективы долот PDC на рынке бурения нефти и природного газа. Однако из-за высокой стоимости буровых долот и их дороговизны их применение в основном ограничивалось нефтяными месторождениями в регионе Синьцзян и морскими нефтяными месторождениями.
