Polykristalline Diamantkompakte (PDC) und PDC-Bohrmeißel sind seit mehreren Jahrzehnten auf dem Markt. In dieser langen Zeit mussten PDC-Schneidwerkzeuge und -Bohrmeißel in ihren Anfangsphasen viele Rückschläge hinnehmen, erlebten aber auch eine rasante Weiterentwicklung. Dank kontinuierlicher Verbesserungen an Schneidwerkzeug, Stabilität und Hydraulik des PDC-Bohrmeißels konnten PDC-Meißel die Kegelmeißel schließlich nach und nach verdrängen. Mittlerweile werden weltweit über 90 % aller Bohrungen mit PDC-Meißeln durchgeführt.
Der PDC-Fräser wurde erstmals 1971 von General Electric (GE) erfunden. Die ersten PDC-Fräser für die Öl- und Gasindustrie wurden 1973 hergestellt und nach 3 Jahren experimenteller und Feldtests 1976 kommerziell eingeführt, nachdem sich gezeigt hatte, dass er viel effizienter als die Zerkleinerungswirkung von Hartmetall-Knopfmeißeln ist.
In der Anfangszeit bestand der PDC-Fräser aus einer runden Hartmetallspitze (Durchmesser 8,38 mm, Dicke 2,8 mm) und einer Diamantschicht (Dicke 0,5 mm, ohne Fase). Damals gab es auch einen Compax-PDC-Fräser mit „Slug-System“. Dessen Aufbau war folgendermaßen: Der PDC-Compax-Schneidkern wurde mit dem Hartmetall-Slug verschweißt, um die Montage am Stahlkörper des Bohrers zu vereinfachen und so die Konstruktion zu erleichtern.
1973 testete GE seinen ersten PDC-Bohrmeißel in einem Bohrloch im King Ranch-Gebiet im Süden von Texas. Während der Testbohrung traten Reinigungsprobleme am Meißel auf. Drei Zähne brachen an der Lötstelle, zwei weitere Zähne zerbrachen zusammen mit dem Hartmetallteil. Später testete das Unternehmen einen zweiten Bohrmeißel im Hudson-Gebiet von Colorado. Dieser Bohrmeißel wies eine verbesserte hydraulische Struktur auf, wodurch das Reinigungsproblem behoben wurde. Er erzielte in Sandstein-Schiefer-Formationen eine bessere Leistung bei hoher Bohrgeschwindigkeit. Dennoch traten während des Bohrvorgangs mehrere Abweichungen von der geplanten Bohrlochrichtung auf, und es kam weiterhin zu einem geringen Verlust an PDC-Schneidwerkzeugen aufgrund der Lötverbindung.
Im April 1974 wurde im San-Juan-Gebiet in Utah, USA, ein dritter Bohrmeißel getestet. Dieser Meißel wies eine verbesserte Zahnstruktur und Meißelform auf. Er ersetzte die Stahlkegelmeißel im benachbarten Bohrloch, jedoch löste sich die Düse und der Meißel wurde beschädigt. Damals wurde angenommen, dass dies gegen Ende des Bohrvorgangs in einer harten Formation oder durch das Herabfallen der Düse verursacht wurde.
Von 1974 bis 1976 evaluierten verschiedene Bohrmeißelhersteller und Unternehmer diverse Verbesserungen an PDC-Schneidzähnen. Viele bestehende Probleme standen im Fokus der Forschung. Die Ergebnisse dieser Forschung flossen in die Stratapax-PDC-Schneidzähne ein, die GE im Dezember 1976 auf den Markt brachte.
Die Namensänderung von Compax zu Stratapax trug dazu bei, die Verwirrung in der Bohrerindustrie zwischen Bohrern mit Wolframkarbid-Kompakten und Diamant-Compax zu beseitigen.
Mitte der 90er Jahre begann man, die Fasentechnologie an PDC-Schneidzähnen weit verbreitet anzuwenden; die Mehrfachfasentechnologie wurde 1995 patentiert. Bei korrekter Anwendung der Fasentechnologie kann die Bruchfestigkeit der PDC-Schneidzähne um 100 % erhöht werden.
In den 1980er Jahren untersuchten sowohl GE (USA) als auch Sumitomo (Japan) die Entfernung von Kobalt von der Arbeitsfläche von PDC-Zähnen, um deren Leistungsfähigkeit zu verbessern. Ein kommerzieller Erfolg blieb jedoch aus. Später wurde eine Technologie von Hycalog (USA) weiterentwickelt und patentiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass die thermische Stabilität der PDC-Zähne deutlich verbessert wird, wenn das Metallmaterial aus den Korngrenzen entfernt wird. Dadurch kann der Bohrer auch in härteren und abrasiveren Gesteinsformationen besser bohren. Diese Kobaltentfernungstechnologie verbessert die Verschleißfestigkeit von PDC-Zähnen in stark abrasiven Hartgesteinsformationen und erweitert deren Anwendungsbereich.
Seit dem Jahr 2000 hat sich der Einsatz von PDC-Bohrmeißeln rasant ausgeweitet. Formationen, die zuvor mit PDC-Bohrmeißeln nicht durchbohrt werden konnten, lassen sich nun nach und nach wirtschaftlich und zuverlässig mit PDC-Bohrmeißeln bearbeiten.
Im Jahr 2004 erreichten PDC-Bohrmeißel in der Bohrmeißelindustrie einen Marktanteil von rund 50 % und eine Bohrtiefe von fast 60 %. Dieses Wachstum hält bis heute an. Nahezu alle aktuell in Nordamerika eingesetzten Bohrmeißel sind PDC-Meißel.
Kurz gesagt, seit ihrer Einführung in den 1970er Jahren und dem anfänglich langsamen Wachstum haben PDC-Schneidwerkzeuge die kontinuierliche Weiterentwicklung der Bohrmeißelindustrie für die Öl- und Gasexploration und -förderung maßgeblich vorangetrieben. Der Einfluss der PDC-Technologie auf die Bohrindustrie ist enorm.
Neue Marktteilnehmer im Bereich hochwertiger PDC-Schneidzähne sowie große Bohrgerätehersteller treiben weiterhin die Reform und Innovation innovativer Materialien und Produktionsprozesse voran, um die Leistung von PDC-Schneidzähnen und PDC-Bohrern kontinuierlich zu verbessern.
Veröffentlichungsdatum: 07.04.2023