Process development for the recycling of oil and gas drilling tools

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Bohrköpfe für die Erdöl- und Erdgasförderung widerstehen großen mechanischen Belastungen, Korrosion und thermischen Gradienten. Bohrköpfe mit Schneideinsätzen aus polykristallinen Diamanten (PDC-Bohrköpfe) sind konstruiert, um länger als konventionelle Kronen aus Stahl unter solch widrigen Bedingungen arbeiten zu können. Der Hauptteil der Bohrkrone besteht aus mit einer Bindelegierung aus Kupfer, Mangan, Nickel und Zink infiltriertem monokristallinen Wolframkarbid und Wolframschmelzkarbid während der Schulterteil infiltriertes Wolfram enthält und somit den zerspanbaren Anschluss zum Bohrstrangverbindungsteil aus Stahl darstellt. Die Zielsetzung dieser Arbeit beinhaltete das Aufzeigen von Möglichkeiten zur Rückgewinnung der wolframhältigen Komponenten. Die Vielzahl an miteinander verbundenen Materialien sowie die geringe spezifische Oberfläche stellen hierbei die wesentlichen Herausforderungen dar. Eine Literaturrecherche über das Hartmetallrecycling und die Zusammensetzung sowie Herstellung von PDC-Bohrköpfen ergab, dass das semidirekte Recycling eine vielversprechende Methode darstellt. Bei diesem Verfahren soll die Bindelegierung selektiv in Lösung gebracht werden, während Wolfram keine chemische Umwandlung erfahren soll. Umfangreiche Tastversuche zeigten, dass für die effektive Auflösung des Binders ein starkes Oxidationsmittel notwendig ist, wobei es zur Lockerung der groben Refraktärpartikel kommt. Die Kinetikuntersuchungen gaben einen Aufschluss darüber, dass sich bei infiltriertem Wolfram, im Gegensatz zu infiltriertem WC, eine Diffusionsbarriere bildet, welche zu einer charakteristischen Verlangsamung der Reaktion führt. Während salzsaure Wasserstoffperoxidlösungen in der Lage waren, die Bindelegierung schnell aufzulösen, hatten sie auch hohe Wolframgehalte in der Lösung zur Folge. Im Gegensatz dazu wies verdünnte Salpetersäure eine positive Selektivität auf. Jedoch fanden Löslichkeitsuntersuchungen, dass die Auflösung des Refraktärmetalls durch die Anwesenheit von Eisen stark negativ beeinflusst wird. Basierend auf der selektiven Laugung des Binders präsentiert diese Dissertation einen Ansatz für die Rückgewinnung der wolframhältigen Bestandteile in PDC-Bohrköpfen. Dadurch sollen die Wertkomponenten aus dem anderweitig unbehandelbaren Schrott auf einfache und energieeffiziente Art ohne Vorbehandlung des monolithischen Bauteils wieder dem Produktlebenszyklus zugeführt werden können.

Details

Titel in ÜbersetzungProzessentwicklung für das Recycling von Bohrwerkzeugen der Erdöl- und Erdgasförderung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2018