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油气开采用PDC复合片的开发现状与发展趋势秦文广刘瑞卿邹德良（株洲硬质合金集团有限公司，湖南株洲 412000）摘要当前国际原油价格上涨，石油钻探活动回升趋势迅猛，对油气开采用的PDC钻头、PDC复合片及硬质合金提出了更高的要求。本文归纳了油气开采行业现状及PDC复合片竞争格局，重点介绍了PDC复合片的基本结构与合成工艺、相关技术开发现状，针对黏结相替代技术、梯度PDC复合片技术及脱钴技术等有待突破的关键技术，提出了优质黏结相或无黏结相、多层结构及绿色化的发展建议。关键词油气开采；PDC钻头；PDC复合片；硬质合金Status and Trend of Development of PDC Composite for Oil and Gas explorationQin WenguagngLiu RuiqingZou Deliang（Zhuzhou Cemented Carbide Group Co.Ltd.,Zhuzhou Hunan 412000,China）ABSTRACTIn the current situation,international crude oil prices are rising.The rapid recovery trend of oil drillingactivity has put forward higher requirements for PDC drill bit,PDC composite disc,and cemented carbide used in oil and gasexploration.This article summarizes the current status of the oil and gas extraction industry as well as the competitivesituation of PDC composite sheet,with a focus on introducing the basic structure and current status of the synthesis processand related technology development for PDC drill bits.Focused on the key technologies that need to be breakthrough,such asbinder phase replacement technology,gradient PDC composite sheet technology and cobalt removal technology,thesuggestions for the development of high-quality bonded or unbonded phase,multi-layer structure and green production areproposed.KEY WORDSoil and gas production;PDC bit;PDC composite sheet;cemented carbide作者简介：秦文广（1970），男，高级技师，主要从事硬质合金生产工艺改进工作。E-mail:。PDC钻头的核心是PDC复合片，是直接破碎岩石的核心部位。PDC钻头上根据型号安装不同数量的PDC复合片，复合片之间的间距也有严格区分，图1所示为史密斯PDC钻头的构造图。PDC钻头通过PDC切削齿进行高速旋转，在PDC钻头的轴向压力作用下，岩层在极高的接触应力下破碎，在钻头垂直运动和PDC复合片水平旋转运动的共同作用下，完成钻进工作。能源钻探类PDC复合片主要用于DOI：10.3969/j.issn.1003-7292.2023.04.009引文格式：秦文广，刘瑞卿，邹德良.油气开采用PDC复合片的开发现状与发展趋势J.硬质合金，2023,40（4）：310-318.QIN W G,LIU R Q,ZOU D L.Status and trend of development of PDC composite for oil and gas explorationJ.Cemented Cabides,2023,40（4）：310-318.2023年8月Aug.2023第40卷第4期Vol.40 No.4硬质合金CEMENTED CARBIDES综合评述第40卷石油/天然气钻探用 PDC及 PDC复合钻头，应用于陆上油田、海上油井和页岩气开采。钻头成本占钻井成本的三分之一，因此开发适用于各种地层的长寿命的PDC钻头是降低钻井成本最有效的措施。油气开采常用的钻头主要有牙轮钻头和 PDC钻头。其中，PDC钻头安全性更高，可大大提高钻井效率，降低钻井成本，在许多工况下逐步取代牙轮钻头。目前，PDC钻头的市场份额为75%80%，进尺数占总钻井进尺的90%。PDC钻头的主要技术特点是结构简单，以极其耐磨的PDC切削齿为主要工作部件，钻头本身无旋转部件，故又称固定钻头。近年来，随着石油服务市场的复苏，相关配套设施的需求逐渐增加，钻井行业发展迅速，钻头研发技术也得到了快速发展。但如何开发出更高耐磨性、高韧性、耐高温、长寿命的材料，以及更结合实际应用的个性化钻头，仍是钻头技术发展的难题。本文针对油气开采行业与PDC复合片开发现状，探讨有待突破的关键技术及发展趋势，为促进油气开采行业的发展和PDC复合片制造技术的进步提供意见。1 油气开采行业现状及PDC复合片竞争格局1.1 油气开采行业现状2021年，全球石油市场迎来复苏，世界石油需求量恢复至疫情前的96%。市场由供过于求转为供不应求，需求增长主要来自亚洲、欧洲和美国。商业石油库存降至5年平均水平以下1。如表1所示，受供需变化影响，2021年布伦特原油均价为 70.95美元/桶，较2020年上涨64%。预计未来几年石油需求将继续复苏，同比增长323万桶/天，至1.025 8亿桶/天，高于新冠肺炎疫情前的水平2。尽管2022年全球油气市场的紧张度有所改善，但地缘政治溢价不会在短期内消除，这不仅会支撑整体高油价，还会导致波动加剧。全球疫情、地缘政治形势、伊核谈判进展、欧佩克生产政策等将成为影响国际油价走势的重要因素。未来23年，国际油价主要在6070美元之间波动，但不排除因为黑天鹅、灰犀牛事件引发的油价暴涨1。从国家层面来看，石油作为一种重要的战略储备物资，一直备受关注。2021年，全球油气发现量达到 75 年来的最低水平，是全球油气行业低迷的勘探年。但对中国来说，2021 年是油气勘探取得重大突破的丰年，中国新探明的油气储量创历史新高。如图2所示，中国油气田新探明油气储量为53.93亿吨3。1.2 PDC复合片研发历程及竞争格局20世纪70年代许多国家进行了钻探用PDC复合片的研究和开发，最具代表性的是美国通用电气图1 史密斯PDC钻头结构示意图Fig.1 Schematic diagram of Smith PDC drill bit structureWaterwayGauge ProtectionBladeCuttersNozzleBreaker SlotApexNoseShoulderGaugeWaterwayGauge ProtectionBreaker SlotPin表1 2020年2021年石油市场需求及价格Table 1 Oil Market Demand and Prices from 2020 to 2021Years20202021World oildemand/(10 000barrels/day)9 1809 735Market availability(barrels/day)Surplus of 2 millionShortfall of 2.05 millionBrent oilprice/(USD/bbl)43.3270.95秦文广刘瑞卿邹德良：油气开采用PDC复合片的开发现状与发展趋势图2 2015年2021年中国石油新增探明地质储量及增长率3Fig.2 New proved geological reserves and growth ofChina petroleum from 2015 to 20213605040302010New proven geological reserves ofoil/(billion tonnes)6050403020100-10Growth rate/%2015201620172018201920202021YearNew proven geological reserves of oilGrowth rate-311硬质合金第40卷公司（General Electric Company，简称GE公司）研发的“Stratapax”和英国戴比尔斯公司（DeBeers）研发的“Syndrill”以及瑞典 Sandvik 公司研发的“ClawCutter”，这些产品的性能无论在耐磨性、抗冲击韧性和热稳定性方面均代表了当时世界的先进水平4。美国合成公司（US-Synthetic）于 1983 年进入 PDC 市场，1991 年开始重点在钻井市场试验与推销其产品，通过不懈的努力，研发技术取得突破性进展，其产品的耐磨性和抗冲击性有了很大的提高，最终使该公司于1997年成为了钻井PDC市场份额的领导者。另外美国梅加金刚石公司(Mega Diamond)、联咏科技股份有限公司（Novatek）以及丹尼斯工具（Dennis tools）也为钻头公司和其他钻井工具服务公司提供了服务。今天，世界上领先的高质量钻井PDC供应商是美国合成公司，元素六公司（Element Six）以及美国梅加金刚石公司等5。石油钻头是石油钻机的重要组成部分，国外油服行业的钻头供应主要集中在国际巨头手中，长期以来，全球能源钻探类PDC复合片市场主要由美国合成、元素六和戴尔蒙德创新公司（DIAMOND INNOVATIONS，简称 DI公司）等海外公司控制，美国合成和元素六垄断了全世界68%以上的市场份额，加上DI公司、Mega Diamond、Novatek和Dennis tools，前六名供应商占比超过95%，几乎垄断了全球石油钻井PDC供应市场6。我国开始开发及生产PDC是在1975年，由成都工具研究所率先研制FJ系列PDC。北京人工晶体研究所于1979年成功研制JYF型PDC叶片。1981年贵阳六磨轮厂研制出 JRS-F 系列 PDC 刀片。同期，郑州三磨研究所、北京钻具厂、胜利油田钻探研究院等多家单位也组织相关研究人员进行了研发7。1990年，郑州三磨研究所成立郑州新亚复合超硬材料有限公司。大概与此同期，深圳市兆丰达公司从美国合成公司，江汉钻头厂从美国凤凰晶体公司分别引进了制造PDC的设备和技术，随后从新亚、兆丰达、江汉钻头厂技术扩散形成了近十家PDC生产企业5。2 PDC复合片基本结构与合成工艺PDC复合片的结构如图3所示。2.1 金刚石层金刚石层通过高温高压条件烧结在硬质合金衬底上，起到直接切削及破碎岩层的作用。因钻探过程中需应对恶劣工况下的循环冲击力、剪切力及高温性能恶化等不利因素的影响，对金刚石层的性能提出更高的要求。普遍认为，聚晶金刚石层的设想来源于对无数微小的金刚石颗粒组成的“卡邦纳多”(Carbonado)金刚石，呈无序排列，无解理面，具有很高的硬度、强度和耐磨性，这些特点符合钻探工具的耐磨性需求8。在能源钻探PDC复合片中，金刚石层（PCD）是采用金刚石微粉为主要原料，高温下物质的粒子接触部分首先发生塑变、扩散和流动，最终彼此烧结在一起，由于金刚石为高熔点、低扩散系数的物质，烧结现象通常发生在熔点的2/3以上的温度条件，由图4的碳P-T相图可知：金刚石的熔点为3 700 K，Company nameUS SyntheticElement SixDISumitomoField of competition and competitivenesThe main products are PDC composite sheets and some mine composite sheets for energy drilling,andits market share is the first in the worldFormerly known as DeBeers Ultrahard Materials Division,the company has a comprehensive productline and is highly competitive in PDC for energy drilling,PDC for mining and PCD tool materialsFormerly known as GE Ultrahard Materials Division,it is the inventor of polycrystalline diamond andPDC composite chips.Its production lines cover PDC composite chips for energy drilling,PDC composite chips for mining,PCD drawing die and PCBN tool composite chips,etc.Its products include composite Ultrahard material drawing die and PCD tool material.It is one of theworlds three largest drawing die manufacturers together with DI Company and SF Dianmond Company,with composite ultrahard material drawing die market share of 33%and PCD tool material marketshare of 18%表2 国外主要PDC复合片生产商Table 2 Major foreign manufacturers of PDC composite sheet-312第40卷这就意味着烧结温度必须在2 400 K以上，相应的压力在8 GPa以上，以防止金刚石进入石墨的热力学稳定区，金刚石会石墨化9。2.2 硬质合金基体在高温高压条件下，将金刚石层烧结在硬质合金基体上可合成PDC，PDC既具有聚晶金刚石的高硬度和高耐磨性，又具有硬质合金的抗冲击韧性、强度与可焊接性，是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨件最理想的工具材料。碳化钨硬质合金基体大大增加了抗弯能力，同时便于焊接使用，在高温高压下，硬质合金层中的钴熔融成为液相向金刚石粉层扩散渗透并扫越整个金刚石层，金刚石在熔融再结晶过程中交互生长在一起10。能源钻探用 PDC复合片中的硬质合金基体最初为高钴含量、中粗晶硬质合金，现发展至中钴含量、细晶硬质合金，使硬质合金基体在具备足够强度的同时，更加匹配复合片高温高压的合成条件。2.3 合成工艺目前主流的PDC复合片合成方法如图5所示，通过预先将金刚石微粉和催化剂/黏结剂进行混合，再同硬质合金基体组装，最终放入传压陶瓷加热石墨管中进行烧结。通过将催化剂/黏结剂渗透到金刚微粉中，使得催化聚晶金刚石颗粒间形成金刚石 D-D 键，并将聚晶金刚石与碳化钨基体粘结在一起。3 PDC复合片相关技术开发现状3.1 显微组织形态控制技术显微组织最终决定 PDC 复合片的整体性能。张富晓等11通过对比5种不同厂家聚晶金刚石复合片的显微组织结构后发现：当晶粒尺寸小到一定范围值，金刚石可显示出良好的综合性能，不但耐磨性很好，而且抗冲击韧性也有所提升，见图 6。同时，硬质合金层组织结构表现为颗粒排列紧密，黏结剂分布均匀，无孔洞和裂缝出现，结合界面形状为非平面结构，非平面结构可改善应力分布降低残余应力，使金刚石厚度和结合面积尽可能的大。优质金刚石层组织结构致密、粒度均匀、金属含量较少的复合片性能较好，且D-D键较多。PDC复合片的显微组织最终决定了诸如材料强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，这些性能都对产品的使用寿命和使用性能产生非常重要的影响。而在目前的市场环境下，PDC复合片的良好微观性能是图3 PDC复合片结构图Fig.3 Structure diagram of PDC composite sheet15105T/K01 0002 0003 0004 000Hex diaCub diaMeltGrp/GPa图4 碳的P-T相图9Fig.4 P-T phase diagram of carbon9图5 PDC制造工艺11Fig.5 Manufacturing process of PDC11Diamond micro powderPressure transfer ceramic heating graphite trbeCatalyst/BinderInsulation and coolingCheckingPost-processingSinteringCemented carbide substratesCleaningMixedAssemblingAssemblingtTungstenCrabideSubstratePCD layerDH秦文广刘瑞卿邹德良：油气开采用PDC复合片的开发现状与发展趋势图6 金刚石粒度与其耐磨性关系曲线11Fig.6 Relationship curve between diamond particle sizeand wear resistance11Abrasion loss/mgDiamond particle size reduction1512963-313硬质合金第40卷赢得竞争的关键所在。然而，由于缺乏足够的研发资金、优秀的技术人员或者制造工艺和设备，国内许多厂家无法生产高端PDC复合片基体。这样一来，国外具备良好优异性能的PDC复合片产品就受到了越来越多的关注，他们表现出了更高的性能、更高的可靠性和更长的使用寿命。这无疑会给同行厂商带来很大的竞争压力。3.2 残余应力控制技术PDC复合片合成时，在高温高压下，硬质合金基体中的钴熔融成液相向金刚石粉层扩散渗透并扫越整个金刚石层，金刚石在熔融再结晶过程中交互生长在一起。但也会产生一个问题，传统的钴催化剂/黏结剂在高温钻探过程中存在问题：一方面，它们与金刚石的热膨胀不匹配，容易导致残余应力；另一方面，它们还会催化金刚石的热降解5，使得PDC复合片在使用过程中，特别是在目前油气开采深度越来越深的趋势下，其性能和可靠性大大降低，这对PDC复合片产品是致命的。针对残余应力的产生，目前主要通过以下方法进行控制：（1）尽可能完善材料自身的内部结构，减少晶体结构缺陷、材料加工过程中的拉伸留下的应力等。因为这些因素会导致材料内部的应力高于材料应力极限，从而增加材料疲劳损伤、产生裂纹，最终影响产品寿命。（2）控制稳定生产过程。生产过程中因温度、压力、速度等因素的变化，都会产生残余应力。如果控制不当，产品的冷却过程中可能会出现温度过高或过低的情况，从而增加产品的残余应力。（3）避免产生因产品的安装、运输以及处理等因素导致的残余应力。运输过程中的震动、产品安装后的强制连接、处理过程中的膨胀、缩小等因素都会导致产品产生残余应力。通过优化产品的设计和分析，改进生产制造工艺，才能减少残余应力产生的可能，不断提高PDC 复合片基体产品的性能和可靠性，满足用户需求。4 有待突破的关键技术4.1 黏结相替代技术为了提高PDC复合片的性能，研究人员近年来致力于开发含碳或硅元素的金属黏结相作为替代材料。这些替代材料可以通过不同的方式来增强金刚石-硬质合金基体以及金刚石之间的连结，减少热膨胀不匹配，抑制金刚石石墨化和延缓金刚石氧化等。首先，含碳或硅元素的金属黏结相可以在金刚石和基体之间形成坚固的连接，从而增加金刚石复合片的强度和硬度，这种方法可以让金刚石复合片在高压和高温环境下依然具有优异的疲劳强度。其次，含碳或硅元素的金属黏结相还可以减少热膨胀不匹配问题，从而避免由于热胀冷缩造成的松动和脱落现象，同时，这些黏结相还能抑制金刚石石墨化，增加金刚石复合片的抗磨性和使用寿命。最后，含碳或硅元素的金属黏结相还可以延缓金刚石氧化，保护金刚石面对氧化作用的抵抗能力，从而延长金刚石复合片的使用寿命。陈石林9尝试在金刚石聚晶复合体内加入少量强碳化物的形成元素，提高聚晶金刚石复合体的界面结合强度。合理地控制烧结温度、烧结压力和烧结时间，使金刚石处于其热力学稳定区，提高了复合体试验钻头的耐热性，从而提高了复合体试验钻头的耐冲击性。新型PDC钻头的综合效益是孕镶金刚石钻头的2.26倍，见表3。也有研究通过提高金刚石复合片合成的温度和压力、拓宽石墨-金刚石转化条件，在无催化剂条件下压制金刚石复合片，大幅提升金刚石复合片的硬度、断裂韧性和耐磨性。Zhan等12报道了一种通过超高温超高压(UHPHT)来生产无催化剂金刚石复合片的技术，利用不含催化剂的聚晶金刚石粉末作为原材料，通过两级多顶锤装置产生的高达35 GPa的超高压，合成了无催化剂的金刚石复合片。无催化表3 新型PDC钻头现场试验结果9Table 3 Field test result of a new type of PDC drill bit9Drill bit typeNew PDC bitCertain manufacturer PDC bitImpregnated diamond bitQuantity/pcs235Bit pressure/kg5007005007008001 000Rotate speed/(r/min)2004002004008001 000Pump volume/(L/min)305030503050Footage per bit/m12910170Time limit/(m/h)4.23.82.2-314第40卷剂合成的金刚石复合片有效解决了催化剂导致的热膨胀不匹配和金刚石石墨化问题。与传统的金刚石复合片相比，通过超高压合成的金刚石复合片的维氏硬度、断裂韧性和耐磨性均提高一倍以上。综上，利用含碳或硅元素的金属黏结相作为替代材料，甚至是取消黏结相的使用，可以有效地提高金刚石复合片的耐磨性、抗冲击性和热稳定性。这项研究具有很大的应用前景和实际意义，可以为金刚石工具行业带来了新的技术突破和改善。4.2 梯度PDC复合片技术PDC复合片在长期使用过程中会受到热膨胀差异的影响，使得其使用寿命受到限制。为了改善这种情况，研究人员通过在PDC复合片中增加过渡层来降低热膨胀系数的差距，并通过合成工艺来提高PDC复合片的使用寿命。具体来说，过渡层是一种介于金刚石层和基体之间的中间层。在PDC复合片中增加过渡层，可以实现金刚石层和基体之间的逐渐过渡，从而缩小它们之间的热膨胀系数差距。这种设计可以有效地减少PDC复合片在高温高压环境下的热膨胀和收缩，提高 PDC 复合片的使用寿命。陈朝然等13以TiCN、TiB2、TiN为保护层，将初始石墨化和氧化温度提高到958，初始氧化温度比常规PDC(780)提高了178,如图7所示（图中，TDBN为立方氮化硼强化烧结的复合片，TDBN-TiCN是以碳氮化钛为黏结剂制备的PDC 复合片），最终性能耐磨性提高了16.9%，冲击韧性提高了25.8%。此外，在过渡层的合成工艺方面，研究人员还通过优化反应条件、材料选择等方式，提高了过渡层的结构和性能。合成工艺的改进可以确保过渡层的稳定性和质量，从而使PDC复合片具有更高的耐磨性和耐腐蚀性。综上，通过在PDC复合片中增加过渡层来降低热膨胀系数的差距，并通过合成工艺的改善来提高PDC复合片的使用寿命，这项研究为改善PDC复合片的性能和推动石油钻采工具技术的发展带来了创新思路和实践方案。4.3 脱钴技术金属钴是PDC复合片中常见的触媒元素，它可以催化金刚石的生成。然而，当温度超过700 时，金属钴会导致金刚石向石墨的逆转变，使PDC的硬度和耐磨性急剧下降。针对这种情况，科研人员致力于研究减少PDC金刚石层中触媒金属钴的方法，并已取得了一定的进展。目前的主要方法是利用化学氧化、过渡金属取代和热解技术，成功地去除 PDC 金刚石层中的触媒金属钴。其中，化学氧化法是利用高氧化剂和酸性介质在高压下作用，氧化 PDC 金刚石层中的金属钴。过渡金属取代法则是通过金刚石与有机镍配合物在高温高压下反应，用新的金属取代原有金属钴。在热解法中，通过适当的气氛和温度对 PDC 进行处理，进一步提升其硬度和耐磨性。根据仝斐斐14等人的研究，脱钴前的PDC在700 左右便开始吸热，并伴随着连续失重现象，脱钴后PDC 在 800 左右才开始吸热。对比 PDC脱钴前后在空气中的差热-热重（TG-DTA）曲线（图8），可以看出脱钴后 PDC 的耐热性有所提高，热稳定性也更好。如前所述，除去PDC金刚石层中的触媒金属钴可以大幅提高PDC的使用性能，然而，传统的脱钴方法需要使用强氧化剂或酸性环境，这可能会对环境产生负面影响。因此研发更加环保和绿色的方图7 PDC的耐冲击（a）和耐磨性（b）结果13Fig.7 Impact resistance(a)and wear resistance(b)results of PDC131 1001 0009008007006005004003002001000Inpact energy/J（a）1 6001 4001 2001 000800600PDC wear ratio/104（b）TDBN-TiNCTDBNTDBNTDBN-TiNC2.02.53.03.54.04.5Rock wear/dm3秦文广刘瑞卿邹德良：油气开采用PDC复合片的开发现状与发展趋势-315硬质合金第40卷案来脱除PDC金刚石层中的触媒金属钴是非常必要的。5 发展趋势与展望在当前形势下，国际原油价格上涨，石油钻探活动回升。2020年，受疫情影响，全球经济活动整体下滑，原油价格大幅下跌后缓慢回升。2020年第四季度以来，油气采油产品市场人气逐步回升。目前，布伦特原油价格在105美元/桶附近波动，供需状况良好，油田服务行业持续增长。随着油价的上涨，北美地区的活跃钻机数量持续增加，到2022年3月，活跃钻机数量增至661台（见图9），逐渐恢复到疫情前的水平。随着世界经济的进一步复苏和油价的上涨，这一趋势预计将持续下去2。近年来，随着地面石油接近开采完全，全球钻井深度不断增加。PDC钻头在油气生产过程磨损程度高，属于消耗品。随着钻井深度的增加，对钻头的需求将会增加，进一步扩大市场15。PDC复合片的发展趋势主要为以下三个方面：5.1 向优质黏结相或无黏结相发展为了进一步提高PDC复合片的性能和稳定性，PDC复合片势必会向优质黏结相或无黏结相发展的方向。优质黏结相的研究重点在于寻找更加坚固和稳定的黏结相材料。一些新材料，如氮化硅、硼氮化硼等，具有很高的熔点和硬度，可以在高温高压下稳定地存在，与金刚石颗粒形成牢固连接。此外，还有一些研究致力于改进现有的黏结相材料的性能，通过优化制备工艺和筛选方法，提高合金的质量和性能。无黏结相的研究则着眼于开发新型的结构设计和材料组合，使得金刚石颗粒能够直接与基体形成结合，不再需要通过黏结相进行连接。这种结构设计可以避免黏结相材料在高温高压环境下出现的热膨胀不匹配和老化等问题，从而提高PDC复合片的稳定性和使用寿命。目前，有一些新型无黏结相的方案已被提出并取得了一定的实验效果。综上所述，PDC复合片向优质黏结相或无黏结相的方向发展，不仅可以提高其性能和寿命，而且可以减少材料的消耗和降低工艺成本，同时也有望推动相关领域的技术进步和应用拓展。因此，研究开发优质黏结相或无黏结相的PDC复合片是未来发展的主要趋势。5.2 向多层结构发展PDC复合片是一种常用于石油钻采、切削加工等高端领域的高性能工具。当前，研究人员正在着重探索PDC复合片向多层结构方向的发展。这种发展方向主要是基于PDC复合片在单层金刚石颗粒上有一些局限性，比如硬度和耐磨性不高、易断裂等问题，而多层结构可以有效克服这些问题。TG/%953 DTATG（b）6040200-20DTA/(Vmg-1)2004006008001 000Temperature/80706050TG/%841 DTATG（a）6040200-20DTA/(Vmg-1)200400600800Temperature/图8 脱钴前（a）和脱钴后（b）PDC的TG-DTA曲线14Fig.8 TG-DTA curves of PDC before(A)and after(B)cobalt removal14图9 全球活跃钻机数（来源：贝克休斯每周钻机数量报告）Fig.9 Number of active drilling rigs world wide(Source:Baker Hughes weekly drilling rig quantity report)1 2001 0008006004002000Jan，17May，17Sep，17Jan，18May，18Sep，18Jan，19May，19Sep，19Jan，20May，20Sep，20Jan，21May，21Sep，21Jan，22NumberDate250661-316第40卷多层PDC复合片的制备是通过多次重复PDC制备工艺进行的，每一层金刚石颗粒和基质之间都使用金属黏结相粘结在一起，从而实现多层结构组合。多层结构可以提高 PDC复合片的硬度和耐磨性，减少断裂和失效率。在多层结构中，金刚石颗粒之间会形成更稳定的间隙和连接，这可以大大提高PDC复合片的坚固程度和抗磨损性能。因此多层结构可以有效地减少局部破坏和压力集中等情况的发生，可以提高 PDC 复合片的可靠性和稳定性。在多层结构中，不同层次之间的耦合效应会使得整个PDC复合片具有更好的整体性和均质性，从而提高其使用寿命和稳定性。5.3 向脱钴绿色化方向发展PDC复合片中的触媒金属钴可以提高其硬度和稳定性，但金属钴的脱除过程需要使用强酸等强化学剂，会对环境产生负面影响。因此，需要绿色化发展PDC复合片脱钴的方法。在实际应用中，应当选择适宜的脱钴方法，以减少环境污染，保护环境。未来，随着科技的不断进步和环保意识的提高，绿色化的PDC复合片制备方法将会得到更加广泛的应用和推广。6 结束语随着世界能源形势的变革，油气开采领域将得到高速发展，油气开采类PDC复合片将会显示出巨大的潜力，又因其属于特点极其显著的工业生产和加工所需的新型材料，功能独特，硬度极大，难以被其他材料所取代，而且复合超硬材料的生产工艺和流程已经较为成熟。终端用户市场的快速稳定增长必将为能源钻探类PDC复合片行业带来更大的发展机遇和广阔的市场空间。未来，油气开采类PDC复合片会针对核心问题，不断向着优质黏结相或无黏结相发展、向多层结构和绿色化方向发展。参考文献REFERENCES1 樊大磊，王宗礼，李文博，等.2021年国内外油气资源形势分析及展望J.中国矿业，2022，31(1)：26-31.FAN D L,WANG Z L,LI W B,et al.Analysis and prospects of oil andgas resource situation at home and abroad in 2021 J.China Mining,2022,31(1):26-31.2 侯明扬.2021年全球油气资源并购市场特点及前景展望J.国际石油经济，2022，30（3）：20-27.HOU M Y.Global oil and gas M&A in 2021 and its prospects J.International Petroleum Economy,2022,30(3):20-27.3 胡洪瑾，姜文利，李登华，等.油气资源储量分类体系对比及中国最新分类体系特点J.石油与天然气地质，2022，43(3):724-732.HU H J,JIANG W L,LI D H,et al.Comparison of oil and gas resources/reserves classification systems and characteristics of the latest classification system of China J.Oil&Gas Geology,2022,43(3):724-732.4 赵云良，赵爽之，闫森.金刚石烧结体(PCD与 PDC)的发展概况(一)J.超硬材料工程，2013，25（4）：24-28.ZHAO Y L,ZHAO S Z,YAN S.The development of sintered 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