AMAG : diamantkorrels met lage magnetische permeabiliteit
De bescherming van booruitrustingen is een reëel probleem. Het gebrek aan efficiëntie van de bestaande oplossingen leidt immers vrijwel onvermijdelijk tot hoge kosten voor bedrijven die boorputten exploiteren. Doordat er steeds vaker afwijkende putten voorkomen, leek het absoluut noodzakelijk dat voor dit technisch probleem een oplossing werd uitgewerkt.
Diarotech heeft dan ook een nieuw product ontwikkeld waarmee deze uitrustingen beschermd kunnen worden: de diamantkorrel met lage magnetische permeabiliteit.
De bestaande oplossingen
Tegenwoordig stellen we bij een groot deel van de olieboorputten afwijkende of zelfs horizontale doorsnede vast. Om hun gereedschap op de bodem van de put correct te kunnen positioneren, oriënteren boorbedrijven zich aan de hand van het magnetisch veld van de aarde.
Daarom is het noodzakelijk dat alle materialen die in de buurt van de ‘Measure While Drilling’- of MWD-systemen worden gebruikt, ‘niet-magnetisch’ zijn, m.a.w. transparant voor het aardmagnetisch veld. Zo worden bij de vervaardiging van deze gereedschappen meestal austenitische roestvaste staalsoorten met een lage magnetische permeabiliteit gebruikt. Deze staalsoorten hebben als voordeel dat ze aan het bestek voldoen, maar ze zijn relatief duur.
Om de exploitatiekosten dan ook onder controle te houden, is het van cruciaal belang dat hun levensduur wordt verbeterd, want zonder bescherming tegen slijtage is deze zeer beperkt.
Vandaag de dag zijn er niet zoveel oplossingen die deze bescherming bieden, en bovendien bieden ze slechts een beperkte doeltreffendheid. Ze beschermen uitsluitend het contactoppervlak tussen de trekstang en het gesteente met behulp van elementen in wolfraamcarbide. Hetzij door het solderen van inzetstukken, hetzij door afzetting via thermische projectie (laser cladding, PTA ...). Aangezien de eerste oplossing nogal ingewikkeld is voor de bovengenoemde staalsoorten, wordt vooral de ‘laser cladding’-methode gebruikt.
Het nadeel van wolfraamcarbide is zijn bescheiden slijtvastheid in vergelijking met diamant-composietmaterialen. Want zoals ook blijkt uit bovenstaande grafiek, die werd uiteengezet in het artikel ‘Slijtvaste inzetstukken met hoog diamantgehalte’, kunnen de slijtvastheidswaarden van diamant-composietmaterialen 400 tot 4000 keer hoger zijn dan die van wolfraamcarbide.
De standaard-diamantkorrels van Diarotech vervangen het wolfraamcarbide al op efficiënte wijze bij de klassieke, maar magnetische toepassingen. Het leek Diarotech dan ook duidelijk dat ze een nieuwe generatie korrels met een lage magnetische permeabiliteit moesten ontwikkelen.
Ontwikkeling van niet-magnetische diamantkorrels
Zoals uit de bovenstaande figuur blijkt, bestaat de diamantkorrel van Diarotech uit een diamant omhuld met een laag bestaande uit een mengsel van metaalpoeders en wolfraamcarbide.
Deze omhulling wordt tijdens de granulatie rond de diamanten aangebracht via een procedé waarbij aan de diamanten en het poedermengsel organische bindmiddelen worden toegevoegd, waarna het geheel aan het draaien wordt gebracht. Om de organische bindmiddelen te verwijderen en de metalen schaal te verstevigen, worden de korrels ten slotte gesinterd.
Het magnetisme van de standaardkorrels wordt gerealiseerd door voor de bereiding van het Cermet-mengsel gebruik te maken van ferromagnetische elementen (kobalt, nikkel, ijzer, mangaan …). Dus, om een niet-magnetische korrel te ontwikkelen, moet men erin slagen om de aanwezigheid van deze ferromagnetische fasen te vermijden.
Om het succes van het project te garanderen, moet een vervangend Cermet-mengsel worden ontwikkeld dat enerzijds geen ferromagnetische fase bevat en anderzijds goede tribologische eigenschappen behoudt, alsook een goede compatibiliteit met de gebruikte afzettingsvormen.
Zo heeft Diarotech een WC/Ni-bindmiddel ontwikkeld dat katalysatoren bevat, waardoor de ferromagnetische fase tijdens het sinteren een faseverandering ondergaat. Er moest dus tegelijkertijd een metaalmengsel (aard van de katalysatoren, concentratie …) en een behandelingscyclus (sinteratmosfeer, temperatuur, duur …) worden uitgewerkt.
Na optimalisering is uiteindelijk gebleken dat de juiste werkwijze de volgende is:
- Selectie van diamanten met een bijzonder lage magnetische permeabiliteit (nog lager dan de premium-standaard).
- Zorgvuldige bereiding van het ontwikkelde poedermengsel, waarbij elke bron van ferromagnetische contaminatie wordt vermeden.
- Sinteren van de korrels in specifieke en gecontroleerde omstandigheden.
Resultaten
De ontwikkelde niet-magnetische diamantkorrels vertonen hierdoor een bijzonder lage magnetische permeabiliteit. In de onderstaande tabel vindt u de meetresultaten van verschillende referenties.
Hieruit blijkt duidelijk dat de niet-magnetische diamantkorrels 2 keer minder magnetisch zijn dan het niet-magnetisch staal dat bij de realisatie van booruitrustingen wordt gebruikt, en 60 keer minder magnetisch dan de standaardkorrels die voor de bescherming via laser-afzetting worden gebruikt. Verder wordt ook gewezen op het belang van de keuze van de diamant, waarvan de magnetische gevoeligheid ongeveer 50 % uitmaakt van die van de uiteindelijke korrel.
In de praktijk wordt het belang van de niet-magnetische korrels aangetoond door een magnetisch veld op de korrels aan te brengen. Uit de foto’s hieronder stellen we vast dat door een magnetisch veld aan te brengen op standaardkorrels (foto rechts), deze korrels zich volgens veldlijnen oriënteren, terwijl bij niet-magnetische korrels (foto links) de korrels willekeurig georiënteerd blijven omdat ze niet door het toegepaste magnetische veld worden beïnvloed.
En tot slot: de met deze korrels gerealiseerde laser-afzettingen vertonen zeer goede eigenschappen :
1) Zoals uit de volgende figuur blijkt, is de verdeling van de diamant in dat geval optimaal en suggereert de dekkingsgraad een relatief hoge concentratie aan diamant.
