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Die
Erfindung betrifft eine sichere Aktivierung von Bohrlochwerkzeugen,
wie sie u.a. im U.S.-Patent Nr. 6 283 227 beschrieben ist.
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Viele
verschiedene Arten von Operationen können in einem Bohrloch durchgeführt werden.
Beispiele solcher Operationen umfassen das Abfeuern von Kanonen
zum Erzeugen von Perforationen, das Setzen von Dichtungen, das Öffnen und
Schließen von
Ventilen, das Sammeln von durch Sensoren erhaltenen Meßdaten usw.
In einer typischen Bohrlochoperation wird ein Werkzeug in ein Bohrloch
bis zu einer gewünschten
Tiefe abgelassen, und danach das Werkzeug durch einen Mechanismus
aktiviert, z.B. Aktivierung über
hydraulischen Druck, elektrische Aktivierung, mechanische Aktivierung
usw.
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In
einigen Fällen
erzeugt die Aktivierung von Bohrlochwerkzeugen Sicherheitsbedenken.
Dies trifft insbesondere für
Werkzeuge zu, die Explosionsvorrich tungen umfassen, wie z.B. Perforationswerkzeuge.
Um eine unbeabsichtigte Detonation von Explosionsvorrichtungen in
solchen Werkzeugen zu verhindern, werden die Werkzeuge typischerweise
in einem ungeladenen Zustand zur Bohrlochstelle überführt, wobei das Laden erst an
der Bohrstelle erfolgt. Auch dort an der Bohrstelle werden Sicherheitsvorkehrungen
unternommen, um zu gewährleisten,
daß die
Explosionsvorrichtungen nicht vorzeitig detonieren. Ein weiteres
Sicherheitsbedenken existiert dahingehend, daß an der Bohrlochstelle drahtlose
Vorrichtungen verwendet werden, speziell mit Radiofrequenz (RF), also
Vorrichtungen, welche versehentlich bestimmte Arten von Explosionsvorrichtungen
aktivieren können.
Als Konsequenz sind drahtlose Vorrichtungen üblicherweise an Bohrlochstellen
nicht erlaubt, daher stehen den am Bohrloch Beschäftigten
nur eingeschränkte
Kommunikationsmöglichkeiten
zur Verfügung.
Ein weiteres mit der Verwendung von Explosionsvorrichtungen in Verbindung
gebrachtes Bedenken an der Bohrlochstelle ist das Vorhandensein
von Streuspannungen, die versehentlich die Explosionsvorrichtungen
detonieren lassen können.
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Ein
weiteres Sicherheitsbedenken mit den Explosionsvorrichtungen ist,
daß sie
in die falschen Hände
gelangen können.
Solche Explosionsvorrichtungen stellen eine große Gefahr für Personen dar, die nicht wissen,
wie die Explosionsvorrichtungen zu handhaben sind oder die böswillig
die Explosionsvorrichtungen verwenden wollen, um anderen zu schaden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System, eine Vorrichtung
und ein Verfahren nach Anspruch 1, 11 bzw. 17 zu schaffen, bei denen
den Sicherheitsbedenken Rechnung getragen wird.
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Diese
Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1, 11
bzw. 17 gelöst.
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Hierdurch
werden ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen,
die sicherere Kommunikationen mit den Bohrlochwerkzeugen ermöglichen.
Beispielsweise enthält
ein System ein Bohrlochwerkzeug zum Einsatz in einem Bohrloch, einen
Controller und eine zwischen den Controller und das Bohrlochwerkzeug
gekoppelte Verbindung. Das Bohrlochwerkzeug umfaßt eine Mehrzahl von Steuereinheiten,
die jeweils einen Mikroprozessor und einen mit dem Mikroprozessor
gekoppelten Auslöser
aufweisen. Jeder Mikroprozessor ist angepaßt, um mit dem Controller bidirektional
zu kommunizieren. Der Controller ist angepaßt, um eine Vielzahl von Aktivierungsbefehlen
an entsprechende Mikroprozessoren zu senden, um die entsprechenden
Steuereinheiten zu aktivieren. Jeder Aktivierungsbefehl beinhaltet
eine eindeutige Kennung, korrespondierend mit einer entsprechenden
Steuereinheit.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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1 ist
ein Blockdiagramm einer beispielhaften Anordnung einer Oberflächeneinheit
und eines Bohrlochwerkzeugs gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Steuereinheit, die in dem Bohrlochwerkzeug
von 1 verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform.
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3 illustriert
eine integrierte Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform.
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4 ist
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zur Aktivierung gemäß einer Ausführungsform.
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Die
Begriffe „oben" und „unten", „oberer" und „unterer", „aufwärts" und „abwärts", „flußaufwärts" und „flußabwärts", „über" und „unter" und andere ähnliche
Begriffe bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, relative
Positionen über
oder unter einem gegebenen Punkt oder Element und dienen lediglich
zur deutlicheren Beschreibung einiger Ausführungsformen der Erfindung.
Bei der Anwendung auf Ausrüstung
und Verfahren zur Verwendung in Bohrlöchern, die abgelenkt oder horizontal
sind, können
sich diese Begriffe entsprechend auf eine Links-Rechts-, Rechts-Links-
oder auf eine andere geeignete Beziehung beziehen.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
eines Systems dargestellt, das eine Oberflächeneinheit 16, die über ein
Kabel 14 (beispielsweise eine Drahtleitung) mit einem Werkzeug 11 verbunden
ist, beinhaltet. Das Kabel 14 umfaßt einen oder mehrere elektrische
Leitungsdrähte.
In einer anderen Ausführungsform
kann das Kabel 14 entweder anstelle der elektrischen Leitungsdrähte oder
zusätzlich
zu den elektrischen Leitungsdrähten
Glasfaserkabel umfassen. Das Kabel 14 befördert das
Werkzeug 11 in ein Bohrloch 12.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Werkzeug 11 ein
Werkzeug zur Verwendung in einem Bohrloch. Beispielsweise kann das
Werkzeug 11 ein Perforationswerkzeug oder ein anderes Explosionsvorrichtungen
beinhaltendes Werkzeug umfassen, wie beispielsweise Rohrschneider
oder ähnliche.
In anderen Ausführungsformen
können
andere Arten von Werkzeugen zum Ausführen anderer Arten von Operationen
in einem Bohrloch verwendet werden. Zum Beispiel umfassen solche
anderen Arten von Werkzeugen Werkzeuge zum Setzen von Dichtungen, Öffnen oder
Schließen
von Ventilen, Bohrlochvermessung, Vornahme von Messungen, Kernprobennahme
usw.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet das Werkzeug 11 eine
Sicherheitsuntereinheit bzw. Sicherheitsuntergruppe 10A und
Werkzeuguntergruppen bzw. Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D.
Obwohl in 1 drei Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D dargestellt
sind, können
andere Ausführungsformen
eine hiervon verschiedene Anzahl von Werkzeuguntereinheiten verwenden.
Die Sicherheitsuntereinheit 10A beinhaltet eine Steuereinheit 18A,
wobei die Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D je
eine Steuereinheit 18B, 18C, 18D beinhalten. Jede
der Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D kann
eine Perforationskanone in einer beispielhaften Ausführung sein.
Alternativ können
die Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D andere
Arten von Vorrichtungen sein, die Explosionsvorrichtungen beinhalten.
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Die
Steuereinheiten 18A, 18B, 18C, 18D sind
mit je einem Schalter 24A, 24B, 24C, 24D und
je einem Schalter 28A, 28B, 28C, 28D gekoppelt.
Die Schalter 28A, 28B, 28C, 28D sind
Kabelschalter, die jeweils durch die Steuereinheiten 18A, 18B, 18C, 18D zwischen
einer Ein- und Aus-Position steuerbar sind, um zu erlauben oder
nicht zu erlauben, daß elektrischer
Strom durch die Abschnitte des Kabels 14 fließt. Wenn
der Schalter 28 ausgeschaltet ist (auch bezeichnet als „offen"), dann ist der Abschnitt des
Kabels 14 unter dem Schalter 24 isoliert von dem Abschnitt
des Kabels 14 über
dem Schalter 24. Die Schalter 24A, 24B, 24C, 24D sind
Auslöserschalter.
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Obwohl
hauptsächlich
auf elektrische Schalter in den beschriebenen Ausführungsformen
Bezug genommen wird, wird darauf hingewiesen, daß optische Schalter die elektrischen
Schalter in anderen Ausführungsformen
ersetzen können.
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In
der Sicherheitsuntereinheit 10A ist der Auslöserschalter 24A nicht
mit einer Explosionsvorrichtung oder einem Auslöser verbunden. In den Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D sind
die Auslöserschalter 24B, 24C, 24D jedoch
mit entsprechenden Explosionsvorrichtungen oder Auslösern 26 verbunden.
Wenn ein Auslöserschalter 24 auf „ein"-Position aktiviert
wird (auch bezeichnet als „geschlossen"), erlaubt dies,
einen elektrischen Strom zu einer gekoppelten Detonationsvorrichtung
oder einem Auslöser 26 zu
fließen,
um die Explosionsvorrichtung zu aktivieren. Die Detonationsvorrichtungen oder
Auslöser 26 sind
ballistisch mit Explosionsvorrichtungen gekoppelt, beispielsweise
geformte Ladungen oder andere „Sprengstoffe", um eine Perforation
oder eine andere Bohrlochoperation durchzuführen. In den folgenden Ausführungen
werden die Begriffe „Detonationsvorrichtung" und „Auslöser" austauschbar verwendet.
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Wie
oben erwähnt,
schafft die Sicherheitsuntereinheit 10A einen zweckmäßigen Mechanismus zum
Verbinden des Werkzeugs 11 mit dem Kabel 14. Dies
liegt daran, daß die
Sicherheitsuntereinheit 10A keine Detonationsvorrichtung 26 oder
andere Sprengstoffe beinhaltet und daher kein Sicherheitsrisiko
darstellt. Der Schalter 28A der Sicherheitsuntereinheit 10A ist
anfänglich
in der offenen Position, so daß die
gesamten Kanonen des Werkzeugs 11 durch die Sicherheitsuntereinheit 10A elektrisch
isoliert vom Kabel 14 sind. Aufgrund dieser Eigenschaft
tritt das elektrische Laden des Werkzeugs 11 nicht auf, bis
das Werkzeug 11 nicht im Bohrloch positioniert und der
Schalter 28A nicht geschlossen ist. In dem elektrischen
Zusammenhang kann die Sicherheitsuntereinheit 10A eine
elektrische Isolation schaffen, um das Laden des Werkzeugs 11 zu
verhindern.
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Eine
andere Eigenschaft, die durch die Sicherheitsuntereinheit 10A ermöglicht ist,
ist, daß die Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D (beispielsweise
Kanonen) schon vorgeladen (durch Verbinden jeder Detonationsvorrichtung 26)
während
des Transports oder anderer Handhabung des Werkzeugs 11 sein
kann. Somit isoliert der offene Schalter 28A der Sicherheitsuntereinheit 10A elektrisch
die Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D von
einem Aktivierungssignal während
des Transports oder einer anderen Handhabung, obwohl das Werkzeug 11 ballistisch
geladen transportiert wird.
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Die
Sicherheitsuntereinheit 10A unterscheidet sich von den
Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D dadurch,
daß die
Sicherheitsuntereinheit 10A keine Explosionsvorrichtungen
beinhaltet, die in den Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D vorhanden sind.
Die Sicherheitsuntereinheit 10A ist damit effektiv eine „Dummy-Baugruppe". Eine Dummy-Baugruppe
ist eine Untereinheit, die andere Werkzeuguntereinheiten imitiert,
aber selbst keine Sprengstoffe enthält.
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Die
Sicherheitsuntereinheit 10A dient einem von mehreren Zwecken,
unter die die schnelle Verbindung des Werkzeugs 11 mit
dem Kabel 14 fällt. Ferner
erlaubt die Sicherheitsuntereinheit 10A das Laden des Werkzeugs 11 im
Bohrloch anstatt an der Oberfläche.
Da die Sicherheitsuntereinheit 10A keine Explosionsvorrichtungen
beinhaltet, schafft es eine (elektrische) Isolation zwischen dem
Kabel 14 und den Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D,
so daß eine
(elektrische) Aktivierung der Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D nicht
möglich
ist, solange die Sicherheitsuntereinheit 10A aktiviert
ist, um eine elektrische Verbindung zu schließen.
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Die
Sicherheitsuntereinheit 10A isoliert effektiv das „Signalisieren" auf dem Kabel 14 von
den Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D,
bis die Sicherheitsuntereinheit 10A aktiviert wurde. „Signalisieren" bezieht sich auf
Strom- und/oder (elektrische) Steuersignale auf dem Kabel 14.
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In Übereinstimmung
mit einigen Ausführungsformen
der Erfindung ist es den Steuereinheiten 18A, 18B, 18C, 18D möglich, über das
Kabel 14 mit einem Controller 17 in der Oberflächeneinheit 16 zu
kommunizieren. Der Controller 17 kann beispielsweise ein
Computer oder ein anderes Steuermodul sein.
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Jede
Steuereinheit 18A, 18B, 18C, 18D beinhaltet
einen Mikroprozessor, der eine bidirektionale Kommunikation mit
dem Controller 17 in der Oberflächeneinheit 16 durchführen kann.
Der Mikroprozessor (zusammen mit anderen Trennschaltungen in jeder
Steuereinheit 18) ermöglicht
eine Trennung von Signalen (Strom- und/oder Steuersignalen) auf
dem Kabel 14 von der mit der Steuereinheit 18 assoziierten
Detonationsvorrichtung 26. Bevor Signalisierung auf dem
Kabel 14 zu den (elektrisch) verbundenen Detonationsvorrichtungen
geschehen kann, hat der Mikroprozessor zunächst eine bidirektionale Kommunikation
mit dem Controller 17 in der Oberflächeneinheit 16 aufzunehmen.
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Die
bidirektionale Kommunikation kann eine codierte Kommunikation sein,
in der die Nachrichten unter Verwendung eines vorbestimmten Codieralgorithmus
verschlüsselt
werden. Das Codieren des Nachrichtenaustausches zwischen dem Oberflächencontroller 17 und
dem Mikroprozessor in den Steuereinheiten 18 schafft eine
weitere Sicherheitsebene, um die versehentliche Aktivierung von
Explosionsvorrichtungen zu verhindern.
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Zudem
kann der Mikroprozessor 100 so programmiert sein, daß er nur
die Signalisierung von einem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll
zuläßt, so daß eine mit
dem Kommunikationsprotokoll nicht konforme Signalisierung den Mikroprozessor 100 nicht
veranlaßt,
einen Befehl zum Aktivieren der Explosionsvorrichtung 26 auszugeben.
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Des
weiteren wird in einigen Ausführungsformen
dem Mikroprozessor in jeder Steuereinheit eine eindeutige Kennung
zugeordnet. In einer Ausführungsform
ist die eindeutige Kennung vor dem Einsatz des Werkzeugs in dem
Bohrloch 12 vorprogrammiert. Mit einer Vorprogrammierung
ist verbunden, daß die
eindeutige Kennung in einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben
wird, auf den der Mikroprozessor zugreifen kann. Der nichtflüchtige Speicher
kann entweder in dem Mikroprozessor selbst oder außerhalb
des Mikroprozessors sein. Vorprogrammierung des Mikroprozessors
mit eindeutigen Kennungen schafft den Vorteil, daß die Programmierung
nicht nach dem Einsatz des Werkzeugs 11 in dem Bohrloch 12 vorgenommen
werden muß.
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In
einer anderen Ausführungsform
können die
Kennungen dynamisch den Mikroprozessoren zugeordnet werden. Beispielsweise
kann der Oberflächencontroller 17 nach
dem Einsatz des Werkzeugs 11 in das Bohrloch 12 Zuordnungsnachrichten über das
Kabel 14 zu den Steuereinheiten senden, so daß eindeutige
Kennungen in Speicherstellen geschrieben werden, auf die der Mikroprozessor
zugreifen kann.
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2 zeigt
detaillierter eine Untereinheit. Die in 2 gezeigte
Untereinheit 10 beinhaltet eine Detonationsvorrichtung 26,
so daß die
in 2 dargestellte Untereinheit 10 eine der
Werkzeuguntereinheiten 10B, 10C, 10D ist.
Wenn die Untereinheit 10 eine Sicherheitsuntereinheit wäre, würde die
Detonationsvorrichtung 26 entweder weggelassen oder durch
eine Dummy-Vorrichtung (ohne Sprengstoff) ersetzt.
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Die
Steuereinheit 18 beinhaltet einen Mikroprozessor 100 (den
oben diskutierten Mikroprozessor), einen Sender 104 und
einen Empfänger 102. Strom
wird der Steuereinheit 18 durch eine Stromversorgung 106 zugeführt. Die
Stromversorgung 106 gibt Versorgungsspannungen an die verschiedenen Komponenten
der Steuereinheit 18 ab. Das Kabel 14 (1)
besteht aus zwei Drähten 108A, 108B.
Der Draht 108A ist verbunden mit dem Kabelschalter 28. In
einer anderen Ausführungsform
kann die Stromversorgung 106 weggelassen sein, wenn von
der Bohrlochoberfläche
Strom geliefert wird.
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Beim
Senden moduliert der Sender 104 Signale über den
Draht 108B, um die gewünschten Nachrichten
zur Bohrlochoberfläche
oder zu einer anderen Komponente zu tragen. Der Empfänger 102 empfängt die
Signale ebenfalls über
den Draht 108B.
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Der
Mikroprozessor 100 kann ein handelsüblicher, programmierbarer integrierter
Schaltkreis(IC)-Mikroprozessor, ein anwendungsspezifischer integrierter
Schaltkreis, eine programmierbare Gattermatrix oder eine ähnliche
andere Steuereinheit sein. Wie oben beschrieben, ist dem Mikroprozessor 100 eine
eindeutige Kennung zugeordnet, und er kann damit identifiziert werden.
Bei der Kennung kann es sich beispielsweise um eine Adresse, eine numerische
Kennung und so weiter handeln. Die Verwendung solcher Kennungen
erlaubt es, Befehle zu einem Mikroprozessor 100 innerhalb
einer spezifischen Steuereinheit 18 zu senden, die aus
einer Vielzahl von Steuereinheiten 18 ausgewählt wurde.
In diesem Falle ist die ausgewählte
Operation von einer ausgewählten
Steuereinheit 18 möglich.
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Der
Empfänger 102 empfängt Signale
von den Oberflächenkomponenten,
wobei die Signale in der Form von Frequenzumtastungs(FSK)-Signalen vorliegen können. Die
empfangenen Signale werden dem Mikroprozessor 100 zur Weiterverarbeitung
zugesandt. Der Empfänger 102 kann
in einer Ausführungsform
einen Kondensator beinhalten, der mit dem Draht 108B des
Kabels 14 gekoppelt ist. Bevor ein empfangenes Signal zu
dem Mikroprozessor 100 gesendet wird, kann der Empfänger 102 das
Signal auf ein Transistor-Transistor-Logik(TTL)-Ausgangssignal oder ein anderes geeignetes
Ausgangssignal, das durch den Mikroprozessor 100 erkannt
werden kann, umsetzen.
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Der
Sender 104 sendet Signale zu den Oberflächenkomponenten, die durch
den Mikroprozessor 100 erzeugt wurden. Solche Signale können beispielsweise
in Form von Strompulsen (beispielsweise 10 Milliampere-Strompulse)
sein. Der Empfänger 102 und
der Sender 104 ermöglichen
eine bidirektionale Kommunikation zwischen den Oberflächen- und den
Bohrlochkomponenten.
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Der
in 1 dargestellte Auslöserschalter 24 kann
mit einem Multiplikator 110 verbunden sein, so wie es in 2 dargestellt
ist. Der Auslöserschalter 24 in
der Ausführungsform
von 2 ist als ein Feldeffekttransistor (FET) ausgestaltet.
Das Gate des FET 24 ist mit einer Ausgangssignalleitung
des Mikroprozessors 100 verbunden. Wenn das Gate des FET 24 hoch
ist, zieht der FET 24 eine Eingangsspannung Vin zum Multiplikator 110 zu
einem Niedrigzustand, um den Multiplikator 110 abzuschalten.
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Alternativ
ist, wenn das Gate des FET 24 niedrig ist, die Eingangsspannung
Vin ungehindert, so daß der
Multiplizierer arbeiten kann. Ein Widerstand oder Widerstände 112 ist/sind
geschaltet zwischen Vin und dem elektrischen Draht 108B des
Kabels 14. In einer anderen Ausführungsform können statt
der Verwendung des FET andere Arten von Schaltervorrichtungen verwendet
werden für
den Schalter 24.
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Der
Multiplikator 110 ist eine Ladungspumpe, die die Eingangsspannung
Vin aufnimmt und auf eine höhere
Spannung bringt, indem die empfangene Spannung in einen Kettenmultiplizierer
eingepulst wird. Die höhere
Spannung wird durch den Auslöser 26 verwendet.
In einer Ausführungsform
beinhaltet der Multiplikator 24 Dioden und Kondensatoren.
Der Schaltkreis verwendet Kaskaden elemente, um die Spannung zu erhöhen. Beispielsweise
kann die Spannung auf das Vierfache ihres Eingangswerts vergrößert werden.
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Anfänglich,
vor der Aktivierung, ist der Eingang Vin zu dem Multiplizierer 110 geerdet
durch den Schalter 24, so daß keine Spannungsübertragung durch
den Multiplizierer 110 möglich ist. Um den Multiplizierer 110 einzuschalten,
sendet der Mikroprozessor 100 ein Aktivierungssignal zu
dem Schalter 24, um den Zustand des Schalters 24 vom „AN"-Zustand auf den „AUS"-Zustand zu ändern, welches dem
Multiplikator erlaubt, die Spannung Vin zu verarbeiten. In anderen
Ausführungsformen
kann der Multiplikator 110 weggelassen werden, wenn ein
ausreichendes Spannungslevel von der Bohrlochoberfläche geliefert
wird.
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Der
Auslöser 26 akkumuliert
Energie aus der Spannung, die durch den Multiplikator 110 erzeugt wurde.
Diese Energie kann akkumuliert und gespeichert werden, beispielsweise
in einem Kondensator, obwohl andere Energiequellen in anderen Ausführungsformen
verwendet werden können.
In einer Ausführungsform
ist ein Kondensator Teil einer Kondensatorentladungseinheit (CDU),
welche gespeicherte Energie rasch an eine Zündungsquelle liefert. Die Zündungsquelle
kann ein Sprengfolienauslöser (EFI),
ein explodierender Brückendraht
(EBW), eine Halbleiterbrücke
(SCB) oder ein „heißer Draht" sein. Die Zündungsquelle
ist Teil des Auslösers 26.
In anderen Ausführungsformen
kann die Zündungsquelle jedoch
auch ein Teil eines separaten Elements sein. Im Falle eines EFI
verursacht die rasche elektrische Entladung die rasche Veränderung
einer Brücke
in ein Plasma und die Erzeugung eines Hochdruckgases, wodurch verursacht
wird, einen „Flyer" (beispielsweise
eine Flugplatte aus Kunststoff) zu beschleunigen und auf einen zweiten
Sprengstoff 116 aufprallen zu lassen, der daraufhin detoniert.
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Die
Untereinheit 10 beinhaltet auch einen Sensor 114 (oder
mehrere Sensoren), welche (elektrisch oder optisch) mit dem Mikroprozessor 100 gekoppelt
sind. Der Sensor bzw. die Sensoren mißt/messen die Bohrlochumgebungsinformation oder
Bohrlochinformation, wie beispielsweise Druck, Temperatur, Neigung
der Werkzeuguntereinheit usw. Die Bohrlochumgebungsinformation oder
die Bohrlochinformation wird durch den Mikroprozessor 100 über das
Kabel 14 an den Oberflächencontroller 17 kommuniziert.
Dies ermöglicht
dem Oberflächencontroller 17 oder
dem Bohrloch-Operator eine Entscheidung dahingehend zu fällen, ob
eine Aktivierung der Werkzeuguntereinheit vorgenommen werden soll. Beispielsweise
kann, wenn die Bohrlochumgebung nicht den richtigen Druck oder die
richtige Temperatur aufweist oder das Werkzeug nicht in der richtigen Neigung
oder an einer anderen Position ist, der Oberflächencontroller 17 oder
der Bohrloch-Operator entscheiden, nicht die Aktivierung der Werkzeuguntereinheit
auszulösen.
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Die
Steuereinheit 18 beinhaltet auch einen Widerstand-Kondensator(R-C)-Schaltkreis, der
einen Schutz vor Radiofrequenz (RF) schafft. Der R-C-Schaltkreis
schaltet auch die Kondensatorkomponente aus, um eine Kommunikation
mit kleiner Leistung (low-signal) zu ermöglichen. Des weiteren ist die
Kommunikation mit geringer Leistung ermöglicht durch die Integration
der Komponenten der Steuereinheit 18 auf einer gemeinsamen
Trägerkonstruktion,
um dadurch eine kleinere Packung zu erreichen. Die kleinere Packung
erlaubt sowohl Operation mit kleiner Leistung als auch einen sicheren
Transport und eine sichere Operation.
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3 zeigt
die Integration der verschiedenen Komponenten der Steuereinheit 18,
Multiplikator 110 und Auslöser 26. Die Komponenten
sind auf einer gemeinsamen Trägerkonstruktion 210 montiert, welche
als ein flexibles Kabel oder als anderer Typ einer flexiblen Schaltung
ausgeführt
sein kann. Alternativ kann die gemeinsame Trägerkonstruktion 210 ein
Substrat sein, beispielsweise ein Halbleitersubstrat, keramisches
Substrat und so weiter. Alternativ kann die Trägerkonstruktion 210 eine
Schaltungsplatine sein, wie beispielsweise eine bedruckte Schaltungsplatine.
Der Vorteil der montierten Komponenten auf der Trägerkonstruktion 210 ist,
daß eine
kleinere Packung als die herkömmlich übliche erreicht werden
kann.
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Der
Mikroprozessor 100, Empfänger 102, Sender 104 und
die Stromversorgung 106 sind auf einer Oberfläche 212 der
Trägerkonstruktion 210 montiert.
Obwohl nicht gezeigt, sind elektrisch leitende Bahnen durch die
gemeinsame Trägerkonstruktion 210 geführt, um
eine elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Komponenten
zu ermöglichen.
In einer optischen Ausführung
können
optische Verbindungen auf oder in der Trägerkonstruktion 210 vorgesehen
sein.
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Der
Multiplikator 110 ist auch auf der Oberfläche 212 der
Trägerkonstruktion 210 montiert.
Die Komponenten des Auslösers 26 sind
ebenfalls auf der Trägerkonstruktion 210 vorgesehen.
Wie gezeigt, beinhaltet der Auslöser 26 einen
Kondensator 200 (dieser kann mit einer höheren Spannung
durch den Multiplikator 110 geladen werden), einen Schalter 204 (dieser
kann als ein FET ausgestaltet sein) und einen EFI 202.
Der Kondensator 200 ist verbunden mit dem Ausgang des Multiplikators 110,
so daß der Multiplikator 110 den
Kondensator 200 auf die höhere Spannung laden kann. Der
Schalter 204 kann durch den Mikroprozessor 100 aktiviert
werden, um die Ladung des Kondensators 200 für den EFI 202 vorzusehen.
Die Energie, die durch einen Bereich reduzierter Breite in dem EFI 202 durchgeführt wird,
verursacht eine „Flugplatte", vom EFI 202 angetrieben zu
werden. Ein zweiter Sprengstoff 116 (2)
ist so nahe am EFI 202 positioniert, um den Aufprall der „Flugplatte" zu empfangen, um
eine Detonation zu verursachen. Der zweite Sprengstoff kann ballistisch mit
einem anderen Sprengstoff gekoppelt sein, beispielsweise als eine
geformte Ladung oder eine andere Explosionsvorrichtung.
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4 zeigt
das Verfahren zum Abfeuern der Werkzeuguntereinheit 10C (in
der Zeichenkette der Untereinheiten in 1 gezeigt).
Anfangs sendet der Oberflächencontroller 17 „Aufwach"-Spannung (beispielsweise
-60 Volt Gleichstrom) zu der höchsten Untereinheit
(302) (in diesem Falle die Sicherheitsuntereinheit 10A).
Die Sicherheitsuntereinheit 10A empfängt die Spannung und antwortet
mit einem vorbestimmten Status (beispielsweise Status Nr. 1) (304)
nach einer bestimmten Verzögerungszeit
(beispielsweise 100 Millisekunden).
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Der
Oberflächencontroller 17 sendet
dann einen „W/L
EIN"-Befehl (mit
einer eindeutigen Kennung, die mit dem Mikroprozessor der Sicherheitsuntereinheit 10A verbunden
ist) zu der Sicherheitsuntereinheit 10A (306),
welches verursacht, daß der
Mikroprozessor 100 in der Sicherheitsuntereinheit 10A den
Kabelschalter 28A einschaltet (1). Die „Aufwach"-Spannung an dem
Kabel 14 wird nun durch die zweite Werkzeuguntereinheit 10B gesehen.
Die Werkzeuguntereinheit 10B empfängt die Spannung und antwortet
mit Status Nr. 1 (308) nach einer vorbestimmten Verzögerung.
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Als
Antwort auf die Status-Nr.-1-Meldung der Werkzeuguntereinheit 10B sendet
der Oberflächencontroller 17 dann
einen „W/L
ON"-Befehl (mit
einer eindeutigen Kennung, die mit dem MikrOprozessor der Werkzeuguntereinheit 10B assoziiert
ist) zu der Werkzeuguntereinheit 10B (310). Die „Aufwach"-Spannung wird nun
durch die zweite Werkzeuguntereinheit 10C gesehen. Die
zweite Werkzeuguntereinheit 10C antwortet mit einer Status-Nr.-1-Meldung
an dem Oberflächencontroller 17 (312).
Als Antwort sendet der Oberflächencontroller 17 ARM
(Laden) und ENABLE (Freigabe)-Befehle zur Werkzeuguntereinheit 10C (314).
Die ARM- und ENABLE-Befehle beinhalten jeder eine eindeutige Kennung,
die mit dem Mikroprozessor der Werkzeuguntereinheit 10C assoziiert
ist. Die ARM- und ENABLE-Befehle verursachen das Laden der Steuereinheit 18C durch
Aktivierung geeigneter Schalter (beispielsweise durch Einschalten
des Auslöserschalters 24C).
In anderen Ausführungsformen
kann statt der separaten ARM- und ENABLE-Befehle ein Befehl ausgegeben
werden.
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Der
Oberflächencontroller 17 erhöht dann die
Gleichspannung an dem Kabel 14 auf ein Zündungsniveau
(beispielsweise 120-350 V Gleichspannung) (316). Die Erhöhung in
der Gleichspannung hat innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode
(beispielsweise 30 Sekunden) gemäß einer
Ausführungsform
zu erfolgen.
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In
dem vorgenannten Verfahren kann die zweite Werkzeuguntereinheit 10C auch
optional den Oberflächencontroller 17 mit
Umgebungs- oder Werkzeuginformation zusätzlich zu der Status-Nr.-1-Meldung
versorgen. Der Oberflächencontroller 17 kann
dann die Umgebungs- oder Werkzeuginformation dazu verwenden, eine
Entscheidung hinsichtlich des Aussendens der ARM- und ENABLE-Befehle zu fällen.
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Ein ähnliches
Verfahren wird wiederholt zur Aktivierung anderer Werkzeuguntereinheiten.
In dieser Ausführungsform
sendet der Oberflächencontroller 17 separate
Befehle zur Aktivierung der mehreren Werkzeuguntereinheiten.