Le punte e gli utensili da perforazione in diamante policristallino (PDC) sono presenti sul mercato da diversi decenni. Durante questo lungo periodo, le punte e gli utensili da perforazione in PDC hanno incontrato diverse difficoltà nelle fasi iniziali, ma hanno anche conosciuto un grande sviluppo. Lentamente ma inesorabilmente, le punte in PDC hanno gradualmente sostituito le punte coniche grazie ai continui miglioramenti apportati agli utensili, alla stabilità e alla struttura idraulica. Oggi le punte in PDC rappresentano oltre il 90% della superficie totale di perforazione a livello mondiale.
La fresa PDC fu inventata per la prima volta dalla General Electric (GE) nel 1971. Le prime frese PDC per l'industria petrolifera e del gas furono realizzate nel 1973 e, dopo 3 anni di sperimentazione e test sul campo, furono introdotte commercialmente nel 1976, dopo aver dimostrato una maggiore efficienza rispetto all'azione di frantumazione delle punte a bottone in metallo duro.
Inizialmente, la struttura della fresa PDC era la seguente: una punta tonda in carburo (diametro 8,38 mm, spessore 2,8 mm) e uno strato di diamante (spessore 0,5 mm senza smusso sulla superficie). A quel tempo, esisteva anche una fresa PDC Compax con sistema "slug". La struttura di questa fresa era la seguente: la PDC Compax era saldata al truciolo in carburo cementato in modo da facilitarne l'installazione sul corpo in acciaio della punta da trapano, offrendo così maggiore praticità al progettista della punta.
Nel 1973, la GE testò la sua prima punta PDC in un pozzo nella zona di King Ranch, nel Texas meridionale. Durante la perforazione di prova, emerse un problema di pulizia della punta. Tre denti si ruppero in corrispondenza della giunzione brasata e altri due si rompettero insieme alla parte in carburo di tungsteno. Successivamente, l'azienda testò una seconda punta di perforazione nella zona di Hudson, in Colorado. Questa punta presentava una struttura idraulica migliorata per risolvere il problema di pulizia. La punta ottenne prestazioni migliori nelle formazioni di arenaria e scisto con un'elevata velocità di perforazione. Tuttavia, si verificarono alcune deviazioni dalla traiettoria di perforazione prevista e una piccola perdita di taglienti PDC a causa della giunzione brasata.
Nell'aprile del 1974, una terza punta da trapano fu testata nella zona di San Juan, nello Utah, USA. Questa punta presentava una struttura dentata e una forma migliorate. La punta sostituì le punte coniche in acciaio nel pozzo adiacente, ma l'ugello cadde e la punta si danneggiò. All'epoca, si ipotizzò che l'incidente fosse avvenuto verso la fine della perforazione in una formazione rocciosa dura, oppure che fosse dovuto alla caduta dell'ugello.
Dal 1974 al 1976, diverse aziende produttrici di punte da trapano e imprenditori hanno valutato vari miglioramenti per le frese PDC. Molti dei problemi esistenti sono stati oggetto di ricerca. I risultati di tale ricerca sono stati integrati organicamente nei denti PDC Stratapax, lanciati da GE nel dicembre 1976.
Il cambio di nome da Compax a Stratapax ha contribuito a eliminare la confusione nel settore delle punte da trapano tra le punte con inserti in carburo di tungsteno e le punte Compax con inserti in diamante.
A metà degli anni '90, si è diffusa la tecnologia di smussatura sui denti di taglio PDC; la tecnologia di smussatura multipla è stata brevettata nel 1995. Se applicata correttamente, la tecnologia di smussatura può aumentare la resistenza alla frattura dei denti di taglio PDC del 100%.
Negli anni '80, sia la GE Company (USA) che la Sumitomo Company (Giappone) studiarono la rimozione del cobalto dalla superficie di lavoro dei denti PDC per migliorarne le prestazioni. Tuttavia, non ottennero successo commerciale. Successivamente, una tecnologia fu rielaborata e brevettata da Hycalog (USA). Si dimostrò che, rimuovendo il materiale metallico dagli interstizi tra i grani, la stabilità termica dei denti PDC migliorava notevolmente, consentendo alla punta di perforare meglio in formazioni più dure e abrasive. Questa tecnologia di rimozione del cobalto migliora la resistenza all'usura dei denti PDC in formazioni rocciose dure altamente abrasive e amplia ulteriormente il campo di applicazione delle punte PDC.
A partire dal 2000, l'applicazione delle punte PDC si è diffusa rapidamente. Le formazioni che prima non potevano essere perforate con le punte PDC sono diventate gradualmente perforabili in modo economico e affidabile grazie a questo tipo di tecnologia.
Nel 2004, nel settore delle punte da trapano, le punte PDC rappresentavano circa il 50% del fatturato di mercato, mentre la distanza di perforazione raggiungeva quasi il 60%. Questa crescita continua ancora oggi. Quasi tutte le punte PDC attualmente utilizzate nelle applicazioni di perforazione in Nord America sono punte PDC.
In breve, sin dal suo lancio negli anni '70 e dopo una fase iniziale di crescita lenta, le punte PDC hanno gradualmente promosso il continuo sviluppo del settore delle punte da trapano per l'esplorazione e la perforazione di petrolio e gas. L'impatto della tecnologia PDC sul settore della perforazione è enorme.
I nuovi operatori nel mercato dei denti da taglio PDC di alta qualità, così come le principali aziende produttrici di trapani, continuano a guidare la riforma e l'innovazione di materiali e processi produttivi innovativi, in modo da migliorare costantemente le prestazioni dei denti da taglio PDC e delle punte da trapano PDC.
Data di pubblicazione: 7 aprile 2023