Avant que la technologie de production de PDC n'arrive à maturité, ou plutôt avant que les trépans PDC ne soient pleinement développés, certains fabricants utilisaient du diamant synthétique polycristallin sans substrat de carbure cémenté pour remplacer les gros diamants naturels dans la fabrication de trépans sertis en surface. Le diamant polycristallin se présente sous différentes formes, notamment cylindrique avec une extrémité conique, des blocs triangulaires, des disques, des rectangles et des blocs.
Les exemples incluent Geoset et Fomset de GE, Syndax3 de De Beers et TSP de l'Institut des abrasifs de Zhengzhou. Leur caractéristique commune est une stabilité thermique élevée, ce qui signifie qu'ils peuvent résister à des températures élevées de 1 000 à 1 100 degrés et peuvent être directement frittés sur la couronne du corps du foret, qui est composé de poudre de carbure de tungstène et d'un liant métallique, pour agir comme des dents coupantes pour briser et couper à travers les formations rocheuses.
De 1969 à 1975, l’Institut des abrasifs de Zhengzhou a produit plusieurs types de diamants polycristallins JR20SN-2 de différents diamètres. Ceux-ci étaient initialement utilisés dans la fabrication de forets et d'alésoirs imprégnés pour maintenir le diamètre des trous, forant à travers des formations rocheuses inférieures au niveau 7 dans les mines. Plus tard, des diamants polycristallins de 6 × 6 mm ont été utilisés pour fabriquer des trépans pour champs pétrolifères, qui ont été testés dans le champ pétrolifère de Shengli. En prenant comme exemple le forage à une profondeur de 2 400 m, le trépan polycristallin a permis d'économiser 11 000 à 12 000 yuans par puits et 78 % du temps par rapport aux trépans en carbure cémenté ; par rapport aux trépans à rouleaux coniques, il permet d'économiser plus de 50 % des coûts et de réduire le temps de perçage de 5 à 8 jours. De plus, des diamants polycristallins de 1,8 × 5 mm ont été utilisés dans les trépans et alésoirs géologiques, et des diamants polycristallins de 2,5 × 5 mm ont été utilisés pour maintenir le diamètre des trépans imprégnés dans la métallurgie, les champs de charbon et la géologie, avec des résultats similaires à ceux des diamants naturels.
Au début des années 1980, avant que mon pays ne développe avec succès sa propre technologie PDC, les diamants polycristallins de 6 × 6 mm étaient largement utilisés dans les trépans et les trépans de forage pleine face (trépans en forme de pastèque {{4}) pour le forage pétrolier et gazier. Les diamants polycristallins en forme de bloc triangulaire-étaient également largement utilisés dans la fabrication de forets à noyau ou à face complète-pour les formations moyennement-dures à dures (telles que le calcaire et la dolomite) et les formations légèrement abrasives. Depuis la production à grande échelle de PDC produit dans le pays dans les années 1990, les compacts de diamant polycristallin (PDC) se sont progressivement retirés du marché du forage, étant complètement remplacés par le PDC.
La recherche, le développement et l'application des trépans PDC pour le forage pétrolier et gazier ont pris un temps considérable. Les premiers PDC avaient une faible résistance aux chocs et présentaient un délaminage, associés à des problèmes de conception et de fabrication des trépans et aux risques inhérents au forage pétrolier et gazier. Les fabricants de forets à rouleaux-cônes, qui détenaient une part importante du marché du forage, n'étaient pas très proactifs, de sorte que la recherche et l'application des forets PDC se sont heurtées à des difficultés et à des résistances importantes.
Entre 1973 et 1975, les États-Unis ont effectué des tests avec des PDC de 8,38 × 2,8 mm (Compax) avec une couche de diamant de 0,5 mm d'épaisseur produite par GE, qui étaient soudés sur des inserts en carbure puis montés sur des forets en acier. Une grande quantité de données de tests initiales ont montré que le PDC pouvait remplacer les diamants naturels utilisés dans les forets de surface-pour forer les roches les plus dures et les plus abrasives. Cependant, compte tenu des caractéristiques structurelles et de performance du PDC et du fait que la plupart des formations pétrolières et gazières sont tendres à moyennement dures -, les fabricants de trépans ont concentré l'application du PDC sur le marché du forage pétrolier, qui présentait un potentiel de marché important. Le centre de recherche sur le forage de l'université de Tulsa a participé à la conception initiale des trépans planaires PDC et a mené des tests clés sur le PDC lui-même. Au cours de cette période, GE a effectué des tests sur quatre forets PDC dans le sud du Texas, le Colorado, l'Utah et le Haut Michigan, qui ont révélé certains problèmes au niveau des plaquettes PDC, de la conception des forets et de la fabrication.
Après avoir résolu les problèmes rencontrés lors des tests initiaux, en décembre 1976, GE a lancé la série Stratapax de produits PDC spécifiquement pour les forets, qui avaient des performances améliorées, étaient plus résistants aux chocs et étaient plus faciles à fixer sur le corps du foret. Dans le même temps, Diamant Boart a mené avec succès des tests de forets PDC dans des formations salines du golfe Persique et de la mer du Nord, et Eastman Christensen a également mené des tests en mer du Nord. Suite aux premiers tests exploratoires décrits ci-dessus, depuis la fin des années 1980 jusqu'à aujourd'hui, les fabricants de PDC ont apporté une série d'améliorations et d'innovations aux bits PDC, améliorant considérablement leurs performances. Entre-temps, les principales sociétés de forets, poussées par le marché de l'énergie en plein essor et la hausse continue des prix du pétrole brut, ont collaboré activement avec les compagnies pétrolières pour développer une série de nouveaux forets PDC, améliorant ainsi leurs performances et élargissant leur gamme d'applications.
Depuis les années 1990, des progrès significatifs ont été réalisés pour résoudre les problèmes rencontrés lors du forage dans les formations de schiste en améliorant l'hydraulique du fluide de forage pour contrôler le bouletage des trépans dans les schistes. Un développement majeur dans le domaine des forets PDC a été la découverte par Amoco que la principale cause des dommages causés aux forets était le faux-rond (oscillation). Cela a conduit au développement d'une technologie de conception anti--anti-oscillation. Du point de vue de la conception, les fabricants de forets ont adopté une série de techniques de conception anti-oscillation pour la disposition des fraises, la structure de la lame et la forme du profil du foret, minimisant ainsi le faux-rond en rotation. De plus, Eastman Christensen a commercialisé le produit anti-oscillation - d'Amoco, utilisant un dispositif de stabilisation de foret pour réduire les charges d'oscillation sévères qui causent des dommages pendant le forage, et a officiellement lancé des forets anti-oscillation -rotationnels. Ces trépans sont particulièrement avantageux lors du forage à travers des formations rocheuses multicouches (hétérogènes). De plus, la forme de la couronne du foret a évolué d'une forme plate à une forme semblable à une pastèque - avec 3 à 8 lames ou même plus de lames (hélicoïdales).
Une autre raison de l'amélioration continue et de l'innovation des forets PDC est le développement et l'application de systèmes de modélisation de données informatiques (CAO/FAO) plus modernes et plus complexes, combinés à une vérification en laboratoire, augmentant les chances d'une application réussie du foret. Dans mon pays, le développement des trépans PDC a pris environ 15 ans de retard par rapport aux États-Unis en raison de l'impact des limitations de la production nationale. Au milieu des années 1980, des unités telles que l'usine de forets de Jianghan, l'institut de recherche sur le forage de l'usine de machines générales de Dagang et l'université pétrolière de Pékin ont commencé à développer des forets PDC. Suite à la création de la Sichuan Christensen Diamond Drill Bit Company en 1985 et de la Xinjiang DBS Drill Bit & Tool Company en 1990, ces sociétés ont introduit des technologies de forets PDC étrangères matures et de nouvelles technologies ultérieures. Ils ont utilisé des matériaux PDC fiables et de haute qualité produits par GE, DeBeers et USS, et leurs forets fabriqués ont démontré d'excellentes performances dans les opérations de forage, ouvrant la voie au développement et à l'application rapides des forets PDC dans mon pays et démontrant les brillantes perspectives des forets PDC sur le marché du forage pétrolier et gazier. Cependant, en raison du coût élevé des trépans de forage et de leur prix élevé, leur application était principalement limitée aux champs pétrolifères de la région du Xinjiang et aux champs pétrolifères offshore.
