Tilbake til søkeresultatene

BIA-Brukerstyrt innovasjonsarena

Low cost drill bit body material for geothermal applications.

Alternativ tittel: Lav-kost materialer for borkroner til boring av geotermiske brønner.

Tildelt: kr 5,1 mill.

Prosjektnummer:

282128

Prosjektperiode:

2018 - 2021

Midlene er mottatt fra:

Geografi:

Hovedideen med prosjektet er å redusere kosntadene på PDC borekroner som benyttes i olje- og gassindustrien, til et kostnadsnivå som gjør dem konkurransedyktige for geotermiske applikasjoner og dermed åpner nye markeder for Lyng Drilling. Dette oppnås ved å utvikle nye og billigere materialer som åpner for nye produksjonsmetoder. To metoder vil bli studert: 1) Utvikling av lavkostnad silisiumkarbid (SiC) pulver partikler med wolframkarbid (WC) belegg (WC@SC, core shell strukturer) for smelteinfiltrering og potensielt 3D printing. 2) Utvikling av en metode som benytter reaksjonssintring for direkte (ett-trinns) produksjon av nye, wolfram-frie, keram-metall kompositt (cermet) drill bits. Oppdateringer: Silisiumkarbid (SiC) belagt med wolframkarbid (WC) gir et billig alternativ råvare for produksjon av borekroppen. Tungstenkarbidskallet er avgjørende for å sikre fuktbarhet med metallbindemiddellegering under borekronproduksjonen. En modifisert Pechini-metode ble benyttet for å belegge WC på SiC ved bruk av W-forløpere. En rekke tester har blitt gjnnomført for å kunne optimalisere prosessen for bruk i industriell skala. Industrielle kilder for hardmetall-forløpere har blitt etablert og mye arbeid har fokusert på å minimalisere volum av (kjemisk) løsning nødvendig i start av beleggingsprosessen. Problemer knyttet til urenheter i pulveret (høyt karbon-innhold etter prosessering) som resulterer i svakheter i det infiltrerte materialet og for dårlige mekaniske egenskaper har blitt løst i siste fase av prosjektet. Tester gjennomført på støpte prøvebiter (uten defekter i støp) har vist at SiC-kvaliteten som er benyttet i prosjektet ikke gir tilstrekkelig mekanisk styrke til de støpte komponentene. Siden prosessen / metoden som er utviklet for å legge et WC-belegg på SiC ikke er spesifikt knyttet til SiC-materialet som er benyttet, vil arbeidet med å finne et alternativt (lav-kost) keramisk materiale fortsette etter prosjekt-slutt. Forsøk med modellsystemet for reaksjonssintring (standard termittreaksjon, Fe2O3-Al) ble avsluttet og fokuset endret til å gjelde titankarbidsystemet. Her er Ti+C = TiC er den eksotermiske reaksjonen som promoterer sintring, mens bindemetall som nikkel kan tilsettes raksjonsmiksen for å dempe reaktiviteten og varmeutviklingen, samtidig som det binder TiC reaktant partiklene sammen i en cermet. Reaksjonssintringen er utført i et lukket system med en elektrisk tenner for å initiere reaksjonen. Cermets med områder med ideell mikrostruktur ble oppnådd, men vesentlig porositet på makroskala er en utfordring. Forsøk på å eliminere porøsiteten ved å justere nikkelinnhold og infiltrere etter endt sintring medførte ikke vesentlige forbedringer. Et nytt design for et trykksatt system hvor fjerning av gass under reaksjonen ble utformet, men overføring til til fullskala, reelle drill-bit systemer er betraktet å være en for stor utfordring.

A new method of processing a ceramic powder (specifically SiC) was developed and optimized. By using the processing method, a ceramic powder can be made compatible with the infiltration process used in conventional drill bit body manufacturing. The method involves synthesizing a thin layer (coating) of tungsten carbide onto the ceramic powder particles. The scaling of this method has been demonstrated up to the Kg-scale in terms of powder processing. Powder processed at this scale have yielded good infiltration results (low porosity and good binder-ceramic bonding). The overall cost of the coated SiC-powder was within the target. The process described above will be tested on alternative low-cost ceramics after project end.

The main objective of the project is to develop a basis for producing high performance, low cost, drill bit bodies based on a metallic/ceramic composite. The drill bit body material is one of the main cost drivers of a PDC drill bit. Two alternative approaches are being investigated; reaction sintering of the body and infiltration of surface coated ceramic particles with a binder alloy. If successful, the present project is expected to put Lyng Drilling on the map in the geothermal drill bit segment. By utilizing the long experience of LD and their parent company Schlumberger Ltd., and the material competence and expertise at SINTEF on net shape ceramics processing, testing and analysis the project will hopefully result in new drill bit materials and new manufacturing processes. The preferred materials / processes will be used to make full scale prototype drill bits for drilling tests.

Budsjettformål:

BIA-Brukerstyrt innovasjonsarena