Ως βασικό στοιχείο πέτρας-των σύγχρονων τρυπάνων γεώτρησης, οι κόφτες PDC για πετρέλαιο και φυσικό αέριο δεν σχηματίζονται απλώς από ένα ενιαίο υλικό, αλλά ένα σύνθετο σύστημα που βασίζεται σε συμπληρωματικές μηχανικές ιδιότητες και λειτουργική ολοκλήρωση. Μέσω του οργανικού συνδυασμού ενός στρώματος διαμαντιού και μιας μήτρας τσιμεντοειδούς καρβιδίου, και τον ακριβή έλεγχο της κατασκευής πολλαπλών παραμέτρων{2} απαιτήσεις ακραίων περιβαλλόντων γεώτρησης, λαμβάνοντας επίσης υπόψη την αντοχή σε κρούση και τη θερμική σταθερότητα, διαμορφώνοντας ένα δομικό πλεονέκτημα «συνδυασμού ακαμψίας και ευελιξίας, επίθεσης και άμυνας».
Η κύρια δομή του κόφτη PDC μπορεί να χωριστεί σε δύο κύρια συστατικά: το λειτουργικό στρώμα επιφάνειας και το στρώμα στήριξης μήτρας. Το επιφανειακό στρώμα είναι ένα πολυκρυσταλλικό στρώμα διαμαντιού, που σχηματίζεται από τη σύντηξη σωματιδίων διαμαντιού με διάμετρο από αρκετά μικρόμετρα έως δεκάδες μικρόμετρα με έναν μεταλλικό καταλύτη (συνήθως κοβάλτιο, νικέλιο ή κράματά τους) υπό υψηλή θερμοκρασία (περίπου 1400–1600 βαθμούς ) και υψηλή πίεση (περίπου 5.8 GPa). Τα σωματίδια διαμαντιού, υπό καταλυτική δράση, αλληλοσυνδέονται για να σχηματίσουν μια συνεχή τρισδιάστατη κρυσταλλική δομή δικτύου, προσδίδοντας σε αυτό το στρώμα εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά, επιτρέποντάς του να κόβει και να διατμεί απευθείας τους σχηματισμούς βράχων από κάτω τρύπες. Ταυτόχρονα, το ίδιο το διαμάντι διαθέτει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, διατηρώντας σταθερότητα διαστάσεων κάτω από τις στιγμιαίες υψηλές θερμοκρασίες που δημιουργούνται κατά την κοπή υψηλής ταχύτητας και μετριάζοντας τη θερμική ζημιά. Το στρώμα στήριξης μήτρας είναι κατασκευασμένο από καρβίδιο βολφραμίου{10}}με τσιμέντο κοβαλτίου, με καρβίδιο βολφραμίου ως πλαίσιο και κοβάλτιο ως φάση συνδετικού, που διαθέτει τόσο υψηλή αντοχή στη θλίψη όσο και έναν ορισμένο βαθμό σκληρότητας. Αυτό του επιτρέπει να απορροφά και να διασκορπίζει τις δυνάμεις αντίδρασης και τα φορτία κρούσης από τον πυθμένα του φρεατίου, αποτρέποντας τη θραύση ή την αποκόλληση του στρώματος διαμαντιού λόγω υπερβολικής ευθραυστότητας. Σχηματίζεται μια στιβαρή διεπαφή μεταξύ των δύο στρωμάτων μέσω μεταλλουργικής συγκόλλησης, εξασφαλίζοντας αποτελεσματική μεταφορά φορτίου μεταξύ των στρωμάτων χωρίς αστοχία αποκόλλησης.
Όσον αφορά τη γεωμετρία, το σχήμα και οι διαστάσεις του κόφτη PDC έχουν βελτιστοποιηθεί αυστηρά για να προσαρμόζονται σε διαφορετικές συνθήκες διάτρησης. Τα κοινά σχήματα περιλαμβάνουν κυκλικά, κωνικά, ακανόνιστα σχήματα-σε σχήμα τσεκούρι και κλιμακωτά, με κυκλικά κοπτικά να χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της ομοιόμορφης περιφερειακής τάσης και της ώριμης διαδικασίας κατασκευής τους. Η διάμετρος κυμαίνεται τυπικά από 8 έως 19 mm και μπορεί να επιλεγεί με βάση το μέγεθος του τρυπανιού και τη σκληρότητα του σχηματισμού. Το πάχος του στρώματος διαμαντιού είναι γενικά 0,5 έως 2,0 mm. Το αυξημένο πάχος βελτιώνει τη διάρκεια ζωής της φθοράς, αλλά μπορεί να μειώσει την αντίσταση στις ρωγμές σε σκληρά περιβάλλοντα κρούσης. Το ύψος της προεξοχής (η απόσταση που το στρώμα διαμαντιού προεξέχει από την επιφάνεια της μήτρας) καθορίζει το βάθος κοπής και τον χώρο αφαίρεσης τσιπς. Το πολύ υψηλό ύψος μπορεί εύκολα να προκαλέσει ζημιά από κρούση, ενώ το πολύ χαμηλό ύψος μειώνει την απόδοση κοπής. πρέπει να αντιστοιχιστεί σύμφωνα με τον δείκτη ικανότητας διάτρησης σχηματισμού.
Η διάταξη των κοπτικών είναι επίσης καθοριστική στο συνολικό σχεδιασμό του τρυπανιού. Πολλαπλοί κόφτες PDC είναι διατεταγμένοι σε ακτινική ή ελικοειδή διάταξη στην κορώνα του τρυπανιού. Η απόσταση και η γωνία κάθε κοπτήρα συντονίζονται με την καμπύλη προφίλ κορώνας για να επιτευχθεί πλήρης κάλυψη κοπής κάτω τρύπας και να μειωθεί η περιοχή της επαναλαμβανόμενης πρόσκρουσης. Η διάταξη των δοντιών υψηλής-πυκνότητας μπορεί να αυξήσει τον ρυθμό θραύσης των βράχων, αλλά αυξάνει τον κίνδυνο συσσώρευσης θερμότητας μήτρας και συγκέντρωσης τάσεων. Η διάταξη των δοντιών χαμηλής-πυκνότητας είναι ωφέλιμη για την απαγωγή θερμότητας και την κρούση, αλλά μπορεί να μειώσει το ρυθμό μηχανικής διάτρησης. Επομένως, ο δομικός σχεδιασμός πρέπει να επιτύχει μια ισορροπία μεταξύ της απόδοσης κοπής, της ικανότητας απαγωγής θερμότητας και της δομικής αντοχής.
Επιπλέον, η δομή της διεπαφής και οι τεχνικές μετα{0}}επεξεργασίας επηρεάζουν περαιτέρω την απόδοση σέρβις του κόφτη. Ορισμένα προϊόντα υψηλού-τελικού χρησιμοποιούν στρώματα μετάβασης κλίσης ή σύνθετες δομές πολλαπλών-στρώσεων, εισάγοντας μια ζώνη μετάβασης με σταδιακά μεταβαλλόμενη σύνθεση μεταξύ του στρώματος διαμαντιού και της μήτρας για την ανακούφιση της διεπιφανειακής πίεσης που προκαλείται από διαφορές στους συντελεστές θερμικής διαστολής. Οι θεραπείες επιφανειακής μικρουφής ή χάραξης με λέιζερ μπορούν να βελτιώσουν τις συνθήκες αφαίρεσης τσιπς και να μειώσουν την πτώση στην απόδοση κοπής που προκαλείται από την πρόσφυση των μοσχευμάτων βράχου.
Συνοπτικά, η κατασκευή του κόφτη PDC είναι μια οργανική ενότητα σύνθετων υλικών, γεωμετρικής βελτιστοποίησης και λειτουργικής διάταξης. Επιτυγχάνει υψηλής-απόδοσης θραύσης βράχων και αξιόπιστη ανθεκτικότητα μέσω της συμπληρωματικής σχέσης μεταξύ της υψηλής σκληρότητας και της αντίστασης στη φθορά του στρώματος διαμαντιού και της ισχυρής φέρουσας ικανότητας-φόρτισης της μήτρας, και μέσω ακριβούς σχεδιασμού διαστάσεων και διάταξης, έχει γίνει βασικός τεχνολογικός φορέας για την αντιμετώπιση των προκλήσεων των πολύπλοκων σχηματισμών στο πεδίο γεώτρησης πετρελαίου και φυσικού αερίου.
