多結晶ダイヤモンドコンパクト（PDC）およびPDCドリルビットは、数十年前から市場に導入されています。この長い期間、PDCカッターとPDCドリルビットは初期段階で多くの挫折を経験しましたが、同時に大きな発展も遂げてきました。PDCカッター、ビットの安定性、ビットの油圧構造の継続的な改良により、PDCビットは徐々にコーンビットに取って代わり、現在では世界の総掘削長の90%以上をPDCビットが占めています。
PDCカッターは、1971年にゼネラル・エレクトリック（GE）によって初めて発明されました。石油・ガス産業向けの最初のPDCカッターは1973年に開発され、3年間の実験と現場試験を経て、超硬ボタンビットの粉砕作用よりもはるかに効率的であることが証明された後、1976年に商業的に導入されました。
初期のPDCカッターの構造は、超硬丸チップ（直径8.38mm、厚さ2.8mm）とダイヤモンド層（表面に面取りなしの厚さ0.5mm）で構成されていました。当時、Compax社の「スラグシステム」PDCカッターも存在しました。このカッターの構造は、PDC Compaxを超硬スラグに溶接することで、鋼製ドリルビット本体への取り付けを容易にし、ドリルビット設計者にとってより便利なものとなるように設計されていました。
1973年、GEはテキサス州南部のキングランチ地区の井戸で初期のPDCビットの試験を行った。試験掘削中に、ビットのクリーニング問題が存在することが判明した。3本の歯がろう付け接合部で破損し、さらに2本の歯がタングステンカーバイド部分とともに折れた。その後、同社はコロラド州ハドソン地区で2番目のドリルビットの試験を行った。このドリルビットはクリーニング問題に対する油圧構造を改善した。このビットは高速掘削で砂岩頁岩層において優れた性能を発揮した。しかし、掘削中に計画された掘削孔軌道から何度かずれが生じ、ろう付け接合部が原因でPDCカッターの損失がわずかに発生した。
1974年4月、米国ユタ州サンフアン地域で3番目のドリルビットの試験が行われた。このビットは歯の構造と形状が改良されていた。隣接する井戸で使用されていた鋼製コーンビットをこのビットに交換したが、ノズルが落下しビットが損傷した。当時、これは硬い地層の掘削終盤で発生した問題、あるいはノズルの落下が原因と考えられた。
1974年から1976年にかけて、様々なドリルビットメーカーや起業家がPDCカッターの改良点を評価した。多くの既存の問題点が研究の対象となり、その研究成果は1976年12月にGEが発売したStratapax PDC歯に有機的に統合された。
CompaxからStratapaxへの名称変更は、タングステンカーバイド製のコンパクトを備えたビットとダイヤモンド製のCompaxビットとの間の、ビット業界における混乱を解消するのに役立った。
1990年代半ば、PDC切削歯に面取り技術が広く用いられるようになり、1995年には多重面取り技術が特許として採用された。面取り技術を正しく適用すれば、PDC切削歯の耐破壊性を100%向上させることができる。
1980年代、GE社（米国）と住友商事（日本）は、PDCビットの歯の作業面からコバルトを除去して性能を向上させる研究を行ったが、商業的な成功には至らなかった。その後、Hycalog社（米国）がこの技術を再開発し、特許を取得した。金属材料を粒界から除去できれば、PDCビットの歯の熱安定性が大幅に向上し、より硬く摩耗性の高い地層でもより効率的に掘削できることが実証された。このコバルト除去技術は、摩耗性の高い硬岩地層におけるPDCビットの歯の耐摩耗性を向上させ、PDCビットの適用範囲をさらに拡大するものである。
2000年以降、PDCビットの適用範囲は急速に拡大した。PDCビットでは掘削できなかった地層も、徐々にPDCドリルビットを用いて経済的かつ確実に掘削できるようになってきている。
2004年時点で、ドリルビット業界において、PDCドリルビットの市場売上高は約50%を占め、掘削距離は60%近くに達していました。この成長は現在も続いており、北米の掘削用途で現在使用されているドリルビットのほぼすべてがPDCビットです。
要するに、1970年代に登場し、当初は緩やかな成長を遂げたPDCカッターは、石油・ガス探査および掘削用ドリルビット産業の継続的な発展を徐々に促進してきた。PDC技術が掘削業界に与えた影響は計り知れない。
高品質PDC切削歯市場への新規参入企業や大手ドリルメーカーは、革新的な材料や製造プロセスの改革と革新を主導し続け、PDC切削歯とPDCドリルビットの性能を継続的に向上させている。
投稿日時：2023年4月7日