PDC-Bohrer: Eigenschaften und sachgemäße Verwendung
PDC steht für polykristalliner Diamantkompakt und bezeichnet Bohrmeißel mit PDC-Schneidelementen. Diese auch als PDC-Schneidmeißel oder Kompakt-Schneidmeißel bekannten Werkzeuge wurden eingeführt, nachdem GE 1973 das erste PDC-Schneidelement entwickelt hatte. Dank hoher Bohrgeschwindigkeiten, langer Standzeit und guter Bohrleistung haben sich PDC-Meißel in der Öl- und Gasförderung schnell durchgesetzt und werden heute von nahezu allen Meißelherstellern produziert.
Strukturelle Merkmale: Ein PDC-Meißel besteht aus einem Meißelkörper, PDC-Schneidmessern, Düsen und zugehörigen Komponenten. Hinsichtlich Struktur und Fertigungsverfahren werden PDC-Meißel üblicherweise in zwei Haupttypen unterteilt: Stahlkörper- und Matrixkörpermeißel.
PDC-Bohrmeißel mit Stahlkörper werden aus einem Stück mittelgekohltem Stahl gefertigt. In die Arbeitsfläche werden Aussparungen gebohrt oder gefräst, in die die PDC-Schneidwerkzeuge eingepresst werden. Die Oberfläche des Meißelkopfes wird häufig oberflächengehärtet (z. B. durch Wolframkarbid-Sprühbeschichtung oder Aufkohlen), um die Erosionsbeständigkeit zu verbessern. Vorteile: einfachere Fertigung und geringere Kosten. Nachteile: Der Stahlkörper ist weniger erosionsbeständig, und der Halt der Schneidwerkzeuge kann schwieriger sein; diese Meißel sind heute weniger verbreitet.
Matrix-PDC-Bohrmeißel bestehen typischerweise aus einem oberen Stahlteil und einem unteren Teil aus einer verschleißfesten Wolframkarbidmatrix, die durch pulvermetallurgisches Sintern hergestellt wird. Die PDC-Schneidwerkzeuge werden mittels Niedertemperaturlöten in vorgeformte Aussparungen in der Matrix eingelötet. Die harte, erosionsbeständige Matrix sorgt für eine längere Standzeit und höhere Bohrleistung, wodurch Matrixbohrmeißel in der modernen Bohrtechnik die am weitesten verbreitete Option darstellen.
Funktionsprinzip: PDC-Meißel brechen Gestein durch Scherung statt durch Zerkleinerung. Die PDC-Schneidzähne sind selbstschärfend und dringen unter dem auf den Meißel wirkenden Gewicht leicht in die Gesteinsformation ein. Rotation und Drehmoment treiben die Schneidzähne an und scheren das Gestein. Da viele Schneidzähne gleichzeitig im Eingriff sind und am Bohrlochgrund mehrere freie Flächen entstehen, wird das Gestein durch Scherwirkung leichter gebrochen. Dieser Mechanismus ermöglicht eine hohe Gesteinsbrechleistung und schnelles Bohren.
Empfehlungen für die sachgemäße Verwendung und den Betrieb
Optimale Einsatzgebiete: lange, homogene Formationen von weich bis mittelhart, in denen ein gleichmäßiger Schneidvorgang gewährleistet ist. PDC-Meißel eignen sich im Allgemeinen nicht für kiesige Formationen oder Zonen mit häufigen Wechsel zwischen weichem und hartem Gestein.
Empfohlene Arbeitsweise: Geringes Gewicht auf dem Bohrmeißel, hohe Drehzahl (U/min) und hohes Umlaufvolumen führen zu den besten Ergebnissen.
Vorgehensweise beim Bohren: Vor dem Bohren muss sichergestellt werden, dass Bohrloch und Bohrmeißeloberfläche sauber sind, um Verunreinigungen durch Metallspäne oder Bohrgut zu vermeiden. Beim ersten Einbringen des Bohrmeißels in das Bohrloch sollte mit geringerem Gewicht und niedrigerer Drehzahl gearbeitet werden, um den Bohrmeißel vorzubereiten und eine stabile Sohle zu gewährleisten. Sobald die Sohle stabil ist, können die normalen Bohrparameter wieder aufgenommen werden.
Eigenschaften der Bohrmeißel: PDC-Bohrmeißel sind integral konstruiert und haben keine beweglichen Teile. Dadurch eignen sie sich hervorragend für Hochgeschwindigkeits-Turbinenbohrungen und andere Anwendungen mit hohen Drehzahlen.
Die Einhaltung dieser Richtlinien trägt dazu bei, die Lebensdauer der PDC-Bohrmeißel zu maximieren, hohe Bohrgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten und unproduktive Zeiten zu reduzieren.
