近期，我院张维国博士后、田俊副教授、吴晓伟特聘副教授、郑愚教授、黄文通副教授、余勇特聘副教授等人在《Geoenergy Science and Engineering》（GEOEN，原Journal of Petroleum Science and Engineering，2023年改为现刊名）发表题为《Erosive wear characteristics and damage model of polycrystalline diamond compact for enhancing mud pulser rotor》的论文；该研究成果以东莞理工学院为第一单位和通讯单位；张维国博士后为第一作者，田俊副教授为通讯作者。国际权威期刊《Geoenergy Science and Engineering》（GEOEN，原Journal of Petroleum Science and Engineering，2023年改为现刊名）属于中科院一区TOP期刊，影响因子5.168。（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoen.2023.211873）。
研究背景：随着油气勘探开发难度的增加，超深井、水平井、大位移井对复杂地层条件的精度掌握提出了更高的要求。转子是泥浆脉冲器的重要部件，通常由硬质合金制成，在泥浆冲刷作用下，转子会受到严重的冲蚀磨损，转子冲蚀会降低脉冲信号功率和传输速度。如何提高转子抗冲蚀性能是目前需要解决的问题。聚晶金刚石复合片(PDC)是由金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压下烧结而成的一种新型功能材料，具有高硬度、高耐磨性和冲击韧性等特点，是制造刀具、钻头等耐磨工具的理想材料。目前，应用于转子强化的PDC冲蚀磨损机理与冲蚀演化规律尚未揭示，缺乏PDC强化转子耐冲蚀性的理论指导。
本研究的创新点和意义:
(1) 为提高泥浆脉冲发生器转子的抗冲蚀性能，提出了一种新的增强方法
研究人员致力于通过改变转子结构、改变泥浆的物理和化学成分以及用金刚石涂层等方式来提高转子的抗冲蚀性，但是转子结构变化会改变脉冲信号的类型，导致解码不利；由于地层环境的特点，泥浆的物理化学成分不可轻易改变；金刚石涂层喷涂温度高，在复杂部件上的涂层厚度不均匀，限制了其在转子区域的应用。
PDC是一种潜在的增强材料，用于增强转子的抗冲蚀能力，具有以下优点。(1)不影响泥浆功能和转子结构。(2)PDC衬底为硬质合金，并与转子正确连接。(3) PDC具有不同的形状和尺寸，在转子的复杂位置可以灵活增强。(4) PDC可批量生产，单个PDC成本低，与硬质合金转子的连接能力好，有助于降低PDC增强转子的制造成本，具有一定的经济性和合理性。
(2) 揭示了冲击角和金刚石粒度对PDC冲蚀率影响规律与冲蚀机理
目前关于PDC应用于转子领域的冲蚀磨损特性研究尚无相关报道，本研究探究了PDC的冲蚀规律与冲蚀机理，具体为：低角度下，晶界处钴的去除和金刚石颗粒边缘微切削，高角度下，晶粒边缘切割、微断裂以及横向和径向裂纹的交叉是质量损失的主要原因。晶粒尺寸对PDC冲蚀率的影响取决于接触半径，金刚石晶粒尺寸较小时，接触半径内的金刚石颗粒数量较多，晶粒间的钴吸收了冲击能，PDC具有优异的抗冲蚀性能。当金刚石粒度较大时，接触半径内的金刚石颗粒数较少，金刚石发生穿晶断裂，PDC的抗冲蚀性能较差。
(3) 创新性地提出了考虑金刚石粒度和冲击角的PDC切削-裂纹损伤模型
目前缺乏PDC增强转子冲蚀磨损演化规律的理论指导，本研究基于冲蚀损伤机理，创新性提出金刚石粒度和冲击角的PDC切削-裂纹损伤模型，该研究模型可以很好的预测不同金刚石粒度和冲击角变化的PDC冲蚀率的演化规律。
本研究首次提出采用PDC作为转子的耐冲蚀补强材料，在缺乏冲蚀机理与冲蚀规律指导的前提下，模拟转子的工作环境，对应用于增强转子的不同金刚石粒度PDC进行了不同冲击角度下的冲蚀磨损试验，探究了PDC的冲蚀磨损机理与冲蚀规律，基于冲蚀损伤机理，创新性提出考虑金刚石粒度和冲击角的PDC切削-裂纹损伤模型。该研究成果对提高转子的使用寿命和提高石油开采效率提供了重要的数据支撑和理论指导，对节约开采成本，提高石油钻井行业的经济效益具有重要研究意义。
撰稿人：张维国 一审：李春志 二审：孙璨 终审：兰善红
