تم طرح رؤوس الحفر المصنوعة من الماس متعدد البلورات (PDC) في الأسواق منذ عقود. وخلال هذه الفترة الطويلة، واجهت رؤوس الحفر المصنوعة من الماس متعدد البلورات العديد من التحديات في بداياتها، كما شهدت تطورًا ملحوظًا. وببطء، حلت رؤوس الحفر المصنوعة من الماس متعدد البلورات تدريجيًا محل رؤوس الحفر المخروطية بفضل التحسينات المستمرة في قواطعها، وثباتها، وهيكلها الهيدروليكي. وتستحوذ رؤوس الحفر المصنوعة من الماس متعدد البلورات حاليًا على أكثر من 90% من إجمالي مساحة الحفر في العالم.
تم اختراع قاطع PDC لأول مرة بواسطة شركة جنرال إلكتريك (GE) في عام 1971. تم تصنيع أول قواطع PDC لصناعة النفط والغاز في عام 1973، وبعد 3 سنوات من الاختبارات التجريبية والميدانية، تم طرحها تجاريًا في عام 1976 بعد أن ثبت أنها أكثر كفاءة بكثير من عمليات التكسير لريش الكربيد.
في البداية، كان تصميم قاطع PDC كالتالي: رأس دائري من الكربيد (قطره 8.38 مم، وسماكته 2.8 مم)، وطبقة من الماس (سماكتها 0.5 مم بدون شطف على السطح). في ذلك الوقت، كان هناك أيضًا قاطع PDC من نوع Compax بنظام "القرص". كان تصميم هذا القاطع كالتالي: يتم لحام PDC Compax بقرص الكربيد الملبد، مما يسهل تركيبه على لقمة الحفر الفولاذية، وبالتالي يوفر راحة أكبر لمصمم لقم الحفر.
في عام ١٩٧٣، اختبرت شركة جنرال إلكتريك مثقابها الأولي من نوع PDC في بئر بمنطقة كينغ رانش جنوب تكساس. خلال عملية الحفر التجريبية، لوحظت مشكلة في تنظيف المثقاب. فقد تعطلت ثلاثة أسنان عند نقطة اللحام، وانكسر سنان آخران مع جزء كربيد التنجستن. لاحقًا، اختبرت الشركة مثقابًا ثانيًا في منطقة هدسون بولاية كولورادو. وقد حسّن هذا المثقاب بنيته الهيدروليكية لمعالجة مشكلة التنظيف. حقق المثقاب أداءً أفضل في تكوينات الحجر الرملي والطفلي مع سرعة حفر عالية. مع ذلك، لوحظت عدة انحرافات عن مسار البئر المخطط له أثناء الحفر، ولا يزال هناك فقدان طفيف لقواطع PDC بسبب وصلة اللحام.
في أبريل 1974، تم اختبار مثقاب ثالث في منطقة سان خوان بولاية يوتا الأمريكية. وقد حسّن هذا المثقاب بنية أسنانه وشكله. استُبدلت به مثاقب مخروطية الشكل ذات جسم فولاذي في البئر المجاورة، إلا أن فوهة المثقاب سقطت وتضررت. في ذلك الوقت، اعتُبر ذلك إما نتيجةً لسقوط فوهة المثقاب قرب نهاية عملية الحفر في تكوين صخري صلب.
بين عامي 1974 و1976، قيّمت شركات تصنيع رؤوس الحفر ورواد الأعمال تحسيناتٍ مختلفة في قواطع PDC. وركزت الأبحاث على العديد من المشكلات القائمة. وقد دُمجت نتائج هذه الأبحاث بشكلٍ متكامل في أسنان Stratapax PDC، التي أطلقتها شركة جنرال إلكتريك في ديسمبر 1976.
ساعد تغيير الاسم من كومباكس إلى ستراتاباكس في القضاء على الالتباس في صناعة رؤوس الحفر بين رؤوس الحفر ذات كربيد التنجستن المضغوطة، ورؤوس الحفر الماسية كومباكس.
في منتصف التسعينيات، بدأ الناس في استخدام تقنية الشطف على نطاق واسع على أسنان القطع المصنوعة من مادة PDC، وتم اعتماد تقنية الشطف المتعدد في شكل براءة اختراع في عام 1995. إذا تم تطبيق تقنية الشطف بشكل صحيح، يمكن زيادة مقاومة الكسر لأسنان القطع المصنوعة من مادة PDC بنسبة 100٪.
في ثمانينيات القرن الماضي، أجرت كل من شركة جنرال إلكتريك (الولايات المتحدة الأمريكية) وشركة سوميتومو (اليابان) دراساتٍ حول إزالة الكوبالت من سطح أسنان حفارات PDC لتحسين أدائها. إلا أن هذه الدراسات لم تُحقق نجاحًا تجاريًا. لاحقًا، أعادت شركة هايكالوغ (الولايات المتحدة الأمريكية) تطوير هذه التقنية وحصلت على براءة اختراع لها. وقد أثبتت الدراسات أنه في حال إزالة المعدن من الفراغات بين حبيبات أسنان PDC، تتحسن استقراريتها الحرارية بشكل كبير، مما يُحسّن قدرة الحفّارة على الحفر في التكوينات الصخرية الصلبة والكاشطة. تُحسّن هذه التقنية مقاومة أسنان PDC للتآكل في التكوينات الصخرية الصلبة الكاشطة، وتُوسّع نطاق استخدام حفارات PDC.
منذ عام 2000، توسع استخدام رؤوس الحفر المصنوعة من مادة PDC بشكل سريع. فقد أصبح من الممكن تدريجياً حفر التكوينات التي لم يكن من الممكن حفرها باستخدام رؤوس الحفر المصنوعة من مادة PDC، وذلك بطريقة اقتصادية وموثوقة.
في عام 2004، استحوذت رؤوس الحفر المصنوعة من مادة PDC على حوالي 50% من إيرادات سوق صناعة رؤوس الحفر، ووصلت مسافة الحفر إلى ما يقارب 60%. ولا يزال هذا النمو مستمراً حتى اليوم. وتُستخدم رؤوس الحفر المصنوعة من مادة PDC حالياً في جميع تطبيقات الحفر في أمريكا الشمالية تقريباً.
باختصار، منذ إطلاقها في السبعينيات ونموها البطيء في البداية، ساهمت قواطع PDC تدريجياً في التطوير المستمر لصناعة رؤوس الحفر لاستكشاف النفط والغاز وحفرهما. ويُعدّ تأثير تقنية PDC على صناعة الحفر هائلاً.
يواصل الوافدون الجدد إلى سوق أسنان القطع المصنوعة من مادة PDC عالية الجودة، بالإضافة إلى شركات الحفر الكبرى، قيادة عملية الإصلاح والابتكار في المواد المبتكرة وعمليات الإنتاج بحيث يمكن تحسين أداء أسنان القطع المصنوعة من مادة PDC وريش الحفر المصنوعة من مادة PDC بشكل مستمر.
تاريخ النشر: 7 أبريل 2023