Forets PDC : Caractéristiques et utilisation appropriée
PDC signifie « diamant polycristallin compact », et désigne les trépans équipés de fraises en diamant polycristallin. Également appelés trépans à fraises PDC ou trépans à fraises compactes, ces outils ont été introduits après la mise au point par GE du premier élément de coupe PDC en 1973. Grâce à leurs vitesses de pénétration élevées, leur longue durée de vie et leurs bonnes performances de forage, les trépans PDC se sont rapidement imposés dans le forage pétrolier et gazier et sont aujourd'hui produits par la quasi-totalité des fabricants de trépans.
Caractéristiques structurelles : Un trépan PDC se compose d’un corps, de fraises, de buses et d’autres composants. Selon leur structure et leur méthode de fabrication, les trépans PDC se divisent généralement en deux grandes catégories : à corps en acier et à corps en matrice.
Les trépans PDC à corps en acier sont usinés d'une seule pièce à partir d'acier mi-dur. Des logements sont percés ou usinés dans la face de travail, et les fraises PDC y sont insérées par pression. La surface de la couronne du trépan est souvent durcie superficiellement (par exemple par pulvérisation de carbure de tungstène ou par cémentation) afin d'améliorer sa résistance à l'érosion. Avantages : fabrication simplifiée et coût réduit. Inconvénients : le corps en acier est moins résistant à l'érosion et la rétention des fraises peut être plus difficile ; ces trépans sont aujourd'hui moins courants.
Les trépans PDC à corps matriciel sont généralement composés d'une partie supérieure en acier et d'une partie inférieure en carbure de tungstène résistant à l'usure, obtenu par frittage de poudres. Les plaquettes de coupe sont brasées dans des logements préformés de la matrice à l'aide d'un brasage à basse température. La dureté et la résistance à l'érosion de la matrice assurent une durée de vie accrue et une capacité de forage supérieure, ce qui explique la popularité des trépans à corps matriciel dans les techniques de forage modernes.
Principe de fonctionnement des trépans PDC : ils brisent la roche par cisaillement plutôt que par écrasement. Les outils de coupe PDC sont auto-affûtants et, sous l’effet du poids appliqué sur le trépan, ils pénètrent facilement dans la formation. La rotation et le couple permettent aux outils de coupe d’avancer et de cisailler la roche. Grâce à l’engagement simultané de nombreux outils et à la création de multiples faces libres au fond du forage, la roche est plus facilement fracturée par cisaillement. Ce mécanisme offre une efficacité de fracturation élevée et une pénétration rapide.
Recommandations relatives à l'utilisation et au fonctionnement appropriés
Applications optimales : formations longues et homogènes, de dureté moyenne à élevée, où une action de coupe constante est possible. Les trépans PDC ne conviennent généralement pas aux formations graveleuses ni aux zones présentant une alternance fréquente de dureté et de dureté.
Style de fonctionnement recommandé : un faible poids sur l'outil, une vitesse de rotation élevée (tr/min) et un volume de débit de circulation élevé produisent les meilleurs résultats.
Procédure de forage : avant de procéder au forage, assurez-vous que la paroi du puits et la face du trépan sont propres afin d’éviter toute contamination par des métaux ou des débris. Lors de la première descente du trépan dans le puits, utilisez une charge et une vitesse de rotation réduites pour « dresser » le trépan et permettre la formation d’un fond stable ; une fois ce fond stabilisé, reprenez les paramètres de forage habituels.
Caractéristiques des trépans : Les trépans PDC sont construits d’une seule pièce, sans pièces mobiles, ce qui les rend parfaitement adaptés au forage à turbine à grande vitesse et à d’autres applications à haut régime.
Le respect de ces consignes permet d'optimiser la durée de vie des trépans PDC, de maintenir des taux de pénétration élevés et de réduire les temps improductifs.
