DE10306747A1

DE10306747A1 - Werkzeug sowie Verfahren und System für die Aktivierung eines Werkzeugs

Info

Publication number: DE10306747A1
Application number: DE10306747A
Authority: DE
Inventors: Nolan C Lerche; James E Brooks; Simon L Farrant; Edward H Rogers
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2003-09-18
Also published as: US20070125530A1; US7520323B2; US9464508B2; US20090168606A1; US20020088620A1; CA2418758C; GB0302937D0; NO20030711D0; US7383882B2; GB2385343A; CA2418758A1; NO325143B1; NO20030711L; GB2385343B

Abstract

Werkzeugaktivierungssystem und -verfahren, umfassend das Empfangen eines Berechtigungscodes eines Benutzers, um die Zugriffsrechte eines Benutzers für die Aktivierung des Werkzeugs zu überprüfen. In einem Beispiel wird der Berechtigungscode von einer Chip-Karte empfangen. Die Umgebung des Werkzeugs, das sich beispielsweise in einem Bohrloch befinden kann, wird geprüft. In Reaktion auf den Berechtigungscode und das Prüfen der Umgebung wird die Aktivierung des Werkzeugs freigegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System für die Aktivierung eines Werkzeugs.
In einem Bohrloch können verschiedenartige Vorgänge ausgeführt werden. Solche Vorgänge umfassen beispielsweise das Schießen mit Kanonen, um Perforierungen zu erzeugen, das Einsetzen von Dichtungsstücken, das Schließen und Öffnen von Ventilen, das Sammeln von Meßwerten, die von Sensoren aufgenommen wurden, usw. Bei einem typischen Bohrvorgang wird ein Werkzeug bis zu einer gewünschten Tiefe in ein Bohrloch geführt, wobei das Werkzeug anschließend durch irgendeinen Mechanismus, z. B. eine Betätigung einer Hydraulikpresse, eine elektrische Betätigung, eine mechanische Betätigung usw., aktiviert wird.
In manchen Fällen führt die Aktivierung von Werkzeugen im Bohrloch zu Sicherheitsproblemen. Dies gilt insbesondere für Werkzeuge, die Sprengvorrichtungen enthalten, wie etwa Perforationswerkzeuge. Um eine versehentliche Detonation der Sprengvorrichtungen in solchen Werkzeugen zu verhindern, werden die Werkzeuge üblicherweise im unscharfen Zustand zum Bohrgelände, wo sie scharfgemacht werden, transportiert. Außerdem werden auf dem Bohrgelände Sicherheitsvorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, daß die Sprengvorrichtungen nicht vorzeitig detonieren. Eine weiteres auf einem Bohrgelände bestehendes Problem ist die Verwendung drahtloser Einrichtungen, speziell von Hochfrequenz- (HF)-Einrichtungen, die bestimmte Typen von Sprengvorrichtungen versehentlich aktivieren können. Dies ist ein Grund, weshalb solche drahtlose Einrichtungen auf dem Bohrgelände gewöhnlich nicht erlaubt sind, wodurch die Kommunikationsmöglichkeiten, die der Bohrmannschaft zur Verfügung stehen, begrenzt sind. Ein weiteres, mit Sprengvorrichtungen auf einem Bohrgelände zusammenhängendes Problem ist das Vorhandensein von Streuspannungen, die die Sprengvorrichtungen versehentlich zum Detonieren bringen können.
Ein weiteres Sicherheitsproblem bei Sprengwerkzeugen besteht darin, daß sie in falsche Hände geraten können. Solche Sprengwerkzeuge stellen bei Personen, die nicht damit umzugehen wissen oder diese zum Schaden anderer einsetzen wollen, eine große Gefahr dar.
Neben Bohrlochanwendungen umfassen weitere Anwendungen, die die Verwendung von Sprengwerkzeugen beinhalten, Bergbauanwendungen und seismische Anwendungen. Bei solchen anderen Typen von Sprengwerkzeugen bestehen ähnlich gelagerte Probleme.

Die Aufgabe der Erfindung ist deshalb, ein Werkzeug sowie ein Verfahren und ein System für die Aktivierung eines Werkzeugs zu schaffen, bei denen die mit der Verwendung des Werkzeugs verbundene Sicherheit und die Flexibilität der Steuerung der Betätigung des Werkzeugs erhöht sind. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Zur Erhöhung der Sicherheit und der mit der Verwendung des Werkzeugs verbundenen Sicherheit und Flexibilität sind ein Verfahren, ein System, ein Werkzeug und eine Baueinheit geschaffen worden, die verbessert sind. Beispielsweise umfaßt ein Verfahren für die Aktivierung eines Werkzeugs das Prüfen eines Benutzungsberechtigungscodes, um zu überprüfen, ob ein Benutzer auf die Aktivierung des Werkzeugs zugreifen darf. Außerdem werden Daten empfangen, die auf die Umgebung des Werkzeugs bezogen sind. Die Aktivierung des Werkzeugs wird in Reaktion auf den Berechtigungscode und die Daten, die angeben, daß die Umgebung des Werkzeugs ein oder mehrere im voraus festgelegte Kriterien für die Aktivierung des Werkzeugs erfüllt, freigegeben.

Weitere Ausführungsformen werden aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung deutlich.
Fig. 1 ist ein Blockschaltplan einer beispielhaften Anordnung von Kontrollsystemen, Sensoren und einem im Bohrloch eingesetzten Werkzeug.
Fig. 2 ist ein Blockschaltplan eines Perforationswerkzeugs gemäß einer Ausführungsform, das in dem System von Fig. 1 verwendet werden kann.
Die Fig. 3A-3B sind Ablaufdiagramme eines Prozesses, der durch eine Oberflächeneinheit gemäß einer Ausführungsform ausgeführt wird.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Prozesse für die sichere und interaktive Aktivierung eines Perforationswerkzeugs.
Fig. 6 ist ein Blockschaltplan einer beispielhaften Prüfanordnung, die ein mit einem zu prüfenden Werkzeug gekoppelten Prüfgerät und eine Anwenderschnittstelleneinrichtung zur Steuerung des Prüfgeräts umfaßt.
Das in Fig. 1 gezeigte System umfaßt eine Oberflächeneinheit 100, die über ein Kabel 102 (z. B. eine Drahtleitung) mit einem Werkzeug 104 gekoppelt ist. Hier ist das Werkzeug 104 ein Werkzeug zur Verwendung in einem Bohrloch. Das Werkzeug 104 kann beispielsweise ein Perforationswerkzeug oder ein anderes Werkzeug, das Sprengvorrichtungen enthält, wie etwa Rohrschneider und dergleichen, umfassen. Zur Ausführung von anderen Arten von Bohrlocharbeiten können auch weitere Typen von Werkzeugen eingesetzt werden. Solche weiteren Typen von Werkzeugen umfassen beispielsweise Werkzeuge zum Einsetzen von Dichtungsstücken, zum Öffnen oder Schließen von Ventilen, zur Protokollierung, zur Durchführung von Messungen, zum Nehmen von Bohrproben usw. In den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen werden Sicherheitsprobleme, die mit Bohrlochwerkzeugen, die Sprengvorrichtungen enthalten, verbunden sind, besprochen. Jedoch können ähnliche Verfahren und eine ähnliche Vorrichtung auf Werkzeuge mit Sprengvorrichtungen bei anderen Anwendungen, z. B. im Bergbau, in der seismischen Bodenforschung, bei der Sprengung an der Oberfläche, in der Waffentechnik usw., eingesetzt werden.
Das Werkzeug 104 umfaßt eine Sicherheitsbaugruppe 106 und mehrere Kanonen 108. In einer Ausführungsform unterscheidet sich die Sicherheitsbaugruppe 106 von der Kanone 108 insofern, als sie keine Sprengvorrichtungen, die in den Kanonen 108 vorhanden sind, enthält. Die Sicherheitsbaugruppe 106 dient einem von mehreren Zwecken einschließlich dem Vorsehen einer Schnellverbindung des Werkzeugs 104 mit dem Kabel 102. Außerdem ermöglicht die Sicherheitsbaugruppe 106 ein elektronisches Scharfschalten des Perforationswerkzeugs 104 im Bohrloch anstatt an der Oberfläche. Da die Sicherheitsbaugruppe 106 keine Sprengvorrichtungen enthält, schafft sie eine elektrische Isolation zwischen dem Kabel 102 und den Kanonen 108, so daß eine elektrische Aktivierung der Kanonen 108 gesperrt ist, bis die Sicherheitsbaugruppe 106 zum Schließen einer elektrischen Verbindung aktiviert worden ist.
In dem Beispiel von Fig. 1 verläuft das Kabel 102 durch eine Haspel- Baueinheit 110, die mit einem Tiefensensor 112 gekoppelt ist. Der Tiefensensor 112 überwacht die Drehung der Haspel-Baueinheit 110, um die Tiefe des Perforationswerkzeugs 104 zu bestimmen. Die sich auf die Tiefe des Werkzeugs 104 beziehenden Daten werden an die Oberflächeneinheit 100 übermittelt.
In manchen Systemen kann ein internes (Hardware- oder Software-) Steuerungssystem verwendet werden, um zu simulieren, daß sich das Werkzeug 104 bis in eine bestimmte Tiefe in das Bohrloch hinabgesenkt hat, obwohl sich das Werkzeug 104 noch immer an der Erdoberfläche befindet. Der Tiefensensor 112 kann von der Oberflächeneinheit verwendet werden, um zu überprüfen, daß sich das Werkzeug 104 tatsächlich bis in eine Zieltiefe in das Bohrloch hinabgesenkt hat. Als Sicherheitsvorkehrung ist die Möglichkeit, das Ausgangssignal des internen Hardware- oder Steuerungssystem zur Freigabe einer Aktivierung des Werkzeugs 104 zu verwenden, untersagt.
Das Perforationswerkzeug 104 umfaßt außerdem eine Anzahl von Sensoren wie etwa die Sensoren 114 in der Sicherheitsbaugruppe und die Sensoren 116 in den Kanonen 108. Obwohl Fig. 1 zeigt, daß alle Kanonen 108 Sensoren 116 enthalten, müssen in anderen Ausführungsformen nicht alle Kanonen Sensoren enthalten.
Daten von den Sensoren 114 und 116 werden über das Kabel 102 an ein Protokollierungsmodul 120 in der Oberflächeneinheit 100 übermittelt. Das Protokollierungsmodul 120 kann mit den Sensoren 114 und 116 eine bidirektionale Kommunikation über das Kabel 102 eingehen. Das Protokollierungsmodul 120 kann beispielsweise Befehle an die Sensoren 114 und 116 zur Vornahme von Messungen ausgeben, worauf das Protokollierungsmodul 120 Meßdaten von den Sensoren 114 und 116 empfangen kann. Von dem Protokollierungsmodul 120 gesammelte Daten werden in einem Speicher 122 in der Oberflächeneinheit 100 gespeichert. Beispiele des Speichers 122 umfassen magnetische Medien (z. B. ein Festplattenlaufwerk), optische Medien (z. B. einen CD-ROM oder eine DVD), Halbleiterspeicher usw. Die Oberflächeneinheit 100 enthält außerdem die Aktivierungssoftware 124, die auf einem Prozessor ausführbar ist. Die Aktivierungssoftware 124 ist verantwortlich für das Steuern der Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 in Reaktion auf Anwenderbefehle. Die Anwenderbefehle können von einer Anzahl von Quellen wie etwa direkt über eine Anwenderschnittstelle 128 an der Oberflächeneinheit 100, über eine Kommunikationsverbindung 132 von einem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 oder über eine Kommunikationsverbindung 136 von einer tragbaren Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 ausgegeben werden.
In einer Ausführungsform umfassen die Kommunikationsverbindungen 134 und 136 drahtlose Verbindungen in Form von Hochfrequenz-(HF)-Verbindungen, Infrarot-(IR)-Verbindungen und dergleichen. Alternativ sind die Kommunikationsverbindungen 134 und 136 Kabelverbindungen. Die Oberflächeneinheit 100enthält eine Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren mit der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 und dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 über die jeweiligen Verbindungen. Das System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 enthält ebenfalls eine Kommunikationsschnittstelle 140 zum Kommunizieren mit der Oberflächeneinheit 100 über die Kommunikationsverbindung 132. Außerdem enthält das System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 eine Datenanzeigeeinrichtung 142 zur Anzeige von Informationen (z. B. Zustandsinformationen, Protokollierungsinformationen usw.), die der Oberflächeneinheit 100 zugeordnet sind.
Die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 enthält außerdem eine Kommunikationsschnittstelle 144 zum Kommunizieren mit der Oberflächeneinheit 100 über die Kommunikationsverbindung 136. Außerdem enthält die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 eine Datenanzeigeeinrichtung 146, die dem Benutzer das Betrachten von Informationen, die der Oberflächeneinheit 100 zugeordnet sind, ermöglicht. Ein Beispiel der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 ist ein Personal Digital Assistant (PDA) wie etwa ein PALM®-Rechner, ein WIN- DOWS®CE-Rechner oder ein ähnlicher Rechner. Alternativ umfaßt die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 einen Laptop- oder Notebook-Computer.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Sicherheitsmerkmal der Oberflächeneinheit 100 eine Chip-Kartenschnittstelle 148 zur Interaktion mit einer Chip- Karte eines Benutzers. Die Chip-Kartenschnittstelle 148 kann ldentifikationsdaten des Benutzers (z. B. eine digitale Unterschrift, einen Benutzercode, eine Werksangehörigennummer usw.) lesen. Die Aktivierungssoftware 124 verwendet diese Identifikationsdaten um zu bestimmen, ob der Benutzer zum Zugriff auf die Oberflächeneinheit 100 und zur Vornahme der Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 berechtigt ist. Die Identifikationsdaten sind Teil des "Berechtigungscodes", der von einem Benutzer bereitgestellt wird, um Zugriff auf die Oberflächeneinheit 100 zu erlangen.
Eine Chip-Karte ist im Grunde eine Karte mit eingebettetem Prozessor und Speicher, wobei der Speicher verschiedenartige, einem Benutzer zugeordnete Daten enthält. Solche Daten umfassen eine digitale Unterschrift, ein Benutzerprofil usw.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Oberflächeneinheit 100 anstelle einer Chip-Kartenschnittstelle 148 eine andere Art von Sicherheitsmerkmal umfassen, wie etwa das Vorsehen eines Bereitschaftszeichens, auf das hin ein Benutzer seinen Benutzernamen und sein Paßwort eingeben muß. In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfaßt der Sicherheitsmechanismus der Oberflächeneinheit 100 eine biometrische Einrichtung, die ein biometrisches Merkmal (z. B. einen Fingerabdruck) des Benutzers abtastet. Die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 kann gleichfalls eine Chip-Kartenleseeinrichtung oder eine Einrichtung für biometrische Eingabe enthalten.
Alternativ gibt der Benutzer Daten und Befehle ein, indem er entweder die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 oder das System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 verwendet. Die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 kann selbst einen Berechtigungscode, etwa in Form eines Benutzercodes, einer digitalen Unterschrift und dergleichen, speichern, der zusammen mit irgendwelchen von der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 ausgegebenen Befehlen an die Oberflächeneinheit 100 übermittelt wird. Nur zugelassene Anwenderschnittstelleneinrichtungen 134 können Befehle ausgeben, die durch die Oberflächeneinheit 100 bearbeitet werden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 optional eine Chip-Kartenschnittstelle enthalten, die mit der Chip- Karte des Benutzers in Wechselwirkung tritt.
In dem gezeigten Beispiel enthält das System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 ebenfalls eine Chip-Kartenschnittstelle 150. Somit muß der Benutzer, bevor er Befehle von dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 an die Oberflächeneinheit 100 ausgeben kann, um verschiedene Aktionen zu unternehmen, im Besitz einer Chip-Karte sein, die den Zugriff auf die verschiedenen, durch die Oberflächeneinheit 100 bereitgestellten Leistungsmerkmale ermöglicht.
In dieser Weise kann durch unberechtigte Benutzer auf die Oberflächeneinheit 100 nicht zugegriffen werden. Damit sind Sicherheitsprobleme, die mit der unberechtigten Verwendung des Perforationswerkzeugs 104 verbunden sind, beseitigt.
Ein weiteres Sicherheitsmerkmal, das durch das Perforationswerkzeug 104 geboten wird, besteht darin, daß jedem der Kanonen 108 ein eindeutiger Code oder Bezeichner zugeordnet ist. Dieser Code oder Bezeichner muß zusammen mit einem Aktivierungsbefehl für die zu betätigende Kanone 108 durch die Oberflächeneinheit 100 ausgegeben werden. Wenn der Code oder Bezeichner nicht geliefert wird, kann die Kanone 108 nicht abgefeuert werden. Somit sind unberechtigte Benutzer, wenn das Perforationswerkzeug 104 gestohlen wird oder verloren geht, nicht in der Lage, die Kanonen 108 zu aktivieren, da sie die Codes oder Bezeichner nicht kennen. Der Sicherheitsbaugruppe 106 ist ebenfalls ein eindeutiger Code oder Bezeichner zugeordnet, der von der Sicherheitsbaugruppe 106 empfangen werden muß, damit sie aktiviert wird, um das Perforationswerkzeug 104 elektrisch scharfzuschalten.
Eine weiteres Merkmal, das durch die Verwendung eindeutiger Codes oder Bezeichner für die Kanonen 108 ermöglicht wird, besteht darin, daß die Kanonen verfolgt werden können (das Verfolgen von verlorenen oder verlegten Kanonen ermöglicht wird). Außerdem ermöglichen die eindeutigen Codes oder Bezeichner eine Materialdisposition, durch die eine Bedienungsperson am Bohrloch Kenntnis von der für Bohrlocharbeiten verfügbare Ausrüstung erlangt.
Ein nochmals weiteres mit den Kanonen 108 verbundenes Sicherheitsmerkmal gemäß einer Ausführungsform besteht darin, daß sie Folieninitiatoren (EFIs) verwenden, die in einer Umgebung, in der drahtlose Signale wie etwa HF- Signale vorhanden sind, sicher sind. Im Ergebnis ermöglicht dieses Leistungsmerkmal der Kanonen 108 die Verwendung von HF-Verbindungen zwischen der Oberflächeneinheit 100 und dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 sowie mit der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134. Jedoch können in anderen Ausführungsformen herkömmliche Sprengzünder in dem Perforationswerkzeug 104 verwendet werden, wenn Vorkehrungen getroffen sind, eine Verwendung von HF-Signalen zu verhindern. Der EFI-Sprengzünder ist ein Beispiel eines EDD- Sprengzünders (EED = electro-explosive device = elektrisch gezündete Sprengvorrichtung), wobei andere Beispiel einen EBW Sprengzünder (EBW = exploding bridge wire = Zünd-Brückendraht), Halbleiterbrücken-Sprengzünder, Hitzdraht- Sprengzünder usw. umfassen.
Ein weiteres Leistungsmerkmal, das von der Oberflächeneinheit 100 gemäß manchen Ausführungsformen geboten wird, ist die Fähigkeit, eine "interaktive" Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 auszuführen. Das Leistungsmerkmal "Interaktive Aktivierung" bezieht sich auf die Fähigkeit, mit den Sensoren 114 und/oder 116 in dem Perforationswerkzeug 104 vor, während und nach der Aktivierung von diesem zu kommunizieren. Die Sensoren 114 und/oder 116 können beispielsweise Druckmessungen ausführen (um zu bestimmen, ob vor dem Perforieren ein Zustand des Unter-Gleichgewichts oder des Über-Gleichgewichts besteht), Temperaturmessungen durchführen (um zu überprüfen, daß Temperaturwerte, bei denen Explosionsgefahr besteht, nicht überschritten worden sind) und Fluiddichtemessungen durchführen (um zwischen Flüssigkeit und Gas in dem Bohrloch unterscheiden zu können). Außerdem kann die Oberflächeneinheit 100mit dem Tiefensensor 112 in Interaktion treten, um die Tiefe des Perforationswerkzeugs 104 zu bestimmen. Dies geschieht zur Sicherstellung, daß das Perforationswerkzeug 104 nicht aktiviert wird, bevor es sich im Bohrloch in einer sicheren Tiefe befindet. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme wird verhindert, daß ein Benutzer künstlich die Tiefe des Perforationswerkzeugs unterhalb einer vorgegeben Tiefe für Testzwecke einstellt. In manchen Systemen kann eine solche Tiefe durch Software oder Hardware eingestellt werden, um ein sich im Bohrloch befindliches Werkzeug zu simulieren. Jedoch ist infolge von Sicherheitsproblemen das künstliche Einstellen der Tiefe auf einen Wert, bei dem das Betätigen einer Kanone erlaubt ist, gesperrt.
Die Sensoren 114 und/oder 116 können außerdem Spannungsmesser umfassen, die die Spannung des Kabels 102 am oberen Kopf des Perforationswerkzeugs 104, die Spannungen an den Sprengvorrichtungen in den jeweiligen Kanonen 108, die in dem Kabel 102 vorhandene Strommenge, die Impedanz des Kabels 102 und andere elektrische Eigenschafen messen. Die Sensoren können außerdem Beschleunigungsmesser umfassen, die die Werkzeugbewegung sowie Schüsse anzeigen. Die Anzeige von Schüssen kann aus den von den Beschleunigungsmessern über das Kabel 102 an die Oberflächeneinheit 100 gelieferten Wellenformen bestimmt werden. Alternativ kann die Wellenform der Entladespannung an dem Kabel 102 überwacht werden, um zu bestimmen, ob ein Schuß erfolgte.
Die Sensoren 114 und/oder 116 können außerdem Feuchtigkeitsdetektoren umfassen, die erfassen, wenn in einem der Kanonen 108 übermäßige Feuchtigkeit auftritt. Übermäßige Feuchtigkeit kann darauf hinweisen, daß die Kanone unter Wasser stehen kann und deshalb gar nicht korrekt feuern kann.
Die Sensoren können außerdem einen Positions- oder Richtungssensor umfassen, der die Position oder die Orientierung einer Kanone im Bohrloch, um eine Angabe für eine Bohrlochabweichung anzugeben, und die korrekte Positionierung (z. B. abwärtsseitig der Verrohrung) erfaßt, bevor die Kanone abgefeuert wird. Außerdem können die Sensoren einen Dehnungsmeßstreifenbrücke-Sensor umfassen, der die äußere Verformung des Perforationswerkzeugs 104, die durch das Ziehen am Gehäuse oder am Kabelkopf einer im Bohrloch feststeckenden Kanone oder eine andere Art von Belastung bedingt ist. Weitere Typen von Sensoren umfassen akustische Sensoren (z. B. ein Mikrophon) und andere Typen von Druckmeßinstrumenten.
Weitere Beispiele für Sensoren umfassen Sensoren der Einrichtung (z. B. Vibrationssensoren, Sanderfassungssensoren, Wassererfassungssensoren, Skalensensoren, Viskositätssensoren, Dichtesensoren, Blasenpunktsensoren, Zusammensetzungssensoren, Infrarotsensoren, Gammastrahlendetektoren, H₂ S-Detektoren, CO₂-Detektoren, Schwerstangen-Positionsgeber usw.
Einer der Aspekte der Sensoren 116 ist der, daß sie beim Abfeuern der Kanonen 108 zerstört werden. Die Sensoren 114 in der Sicherheitsbaugruppe 106 sind jedoch in der Lage, eine Detonation der Kanonen 108 zu überleben. Somit können diese Sensoren 114 vor, während und nach einem Perforiervorgang zur Überwachung von Bohrlochbedingungen (z. B. Messung von Druck, Temperatur usw.) verwendet werden.
Neben den in dem Perforationswerkzeug 104 vorhandenen Sensoren, können sich weitere Sensoren 152 an der Erdoberfläche befinden. Die Sensoren 152 können Stöße oder Vibrationen, die infolge der Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 erzeugt werden, erfassen. Die Sensoren 152 können beispielsweise Geophone umfassen. Die Sensoren 152 sind über eine Kommunikationsverbindung 154, die eine drahtlose Verbindung oder eine Kabelverbindung sein kann, mit der Oberflächeneinheit 100 gekoppelt. Daten von den Sensoren 152 an die Oberflächeneinheit 100 liefern eine Angabe, ob das Perforationswerkzeug aktiviert worden ist.
Die Sicherheitsbaugruppe 106 und die Kanonen 108 des Perforationswerkzeugs 104 sind in Fig. 2 näher gezeigt. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel umfaßt die Sicherheitsbaugruppe 106 eine Steuereinheit 14A, während die Kanonen 108 Steuereinheiten 14B, 14C umfassen. Obwohl in dem Beispiel von Fig. 2 zwei Kanonen 108 gezeigt sind, können andere Ausführungsformen weitere Kanonen 108 enthalten. Jede Steuereinheit 14 ist mit Schaltern 16 und 18 gekoppelt (bei 16A-16C und 18A-18C gezeigt). Die Schalter 18A-18C sind Kabelschalter die von den Steuereinheiten 14A-14C zwischen eingeschalteten und ausgeschalteten Stellungen steuerbar sind, um den Stromfluß durch Abschnitte des Kabels 102 freizugeben oder zu sperren. Wenn der Schalter 18 ausgeschaltet ist, ist der Abschnitt des Kabels 102 unterhalb des Schalters 18 von dem Abschnitt des Kabels 102 oberhalb des Schalters 18 getrennt. Die Schalter 16A-16C sind Sprengschalter.
In der Sicherheitsbaugruppe 106 ist der Sprengschalter 16A nicht mit einer Sprengvorrichtung verbunden. Jedoch sind die Sprengschalter 16B, 16C in den Kanonen 108 mit den Sprengvorrichtungen 22B bzw. 22C verbunden. Wenn ein Sprengschalter 16 in eine Einschaltstellung betätigt worden ist, kann ein elektrischer Strom zu einer angeschlossenen Sprengvorrichtung 22 fließen, um diese zu aktivieren. Die Sprengvorrichtung 22B, 22C enthält einen EFI-Sprengzünder oder andere Sprengzünder. Die Sprengvorrichtungen 22B, 22C sind mit Sprengstoffen wie etwa Hohlladungen oder anderen Sprengstoffen ballistisch verbunden, um das Perforieren auszuführen.
Wie oben angeführt worden ist, liefert die Sicherheitsbaugruppe 106 einen geeigneten Mechanismus für die Verbindung des Perforationswerkzeugs 104 mit dem Kabel 102. Der Grund dafür ist, daß die Sicherheitsbaugruppe 106 keine Sprengvorrichtung 22 oder einen anderen Sprengstoff enthält und somit zu keinem Sicherheitsrisiko führt. Der Schalter 18A der Sicherheitsbaugruppe 106 ist anfänglich in der geöffneten Stellung, so daß alle Kanonen des Perforationswerkzeugs 104 durch die Sicherheitsbaugruppe 106 von dem Kabel 102 elektrisch getrennt sind. Wegen dieses Merkmals tritt kein elektrisches Scharfschalten des Perforationswerkzeugs 104 ein, bevor dieses nicht im Bohrloch positioniert ist und der Schalter 18A geschlossen ist.
Ein weiteres, durch die Sicherheitsbaugruppe 106 ermöglichtes Leistungsmerkmal ist, daß die Kanonen 108 während des Transports oder einer anderen Handhabung des Perforationswerkzeugs 104 (durch Anschließen jeder Sprengvorrichtung 22 in der Kanone 108) vorbereitend scharfgemacht werden können. Somit trennt der geöffnete Schalter 18A der Sicherheitsbaugruppe 106 die Kanonen 108 während des Transports oder einer anderen Handhabung elektrisch von jeglichem Aktivierungssignal, obwohl das Perforationswerkzeug 104 ballistisch scharfgemacht transportiert wird.
Die Fig. 3A-3B sind Ablaufdiagramme eines Werkzeugaktivierungsprozesses, der durch die Aktivierungssoftware 124 gemäß einer Ausführungsform ausgeführt wird. Bevor ein Zugriff auf die Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 zugelassen wird, prüft die Aktivierungssoftware 120 (bei 202), ob ein Berechtigungscode empfangen worden ist. Der Berechtigungscode umfaßt eine digitale Unterschrift, einen Benutzercode, einen Benutzernamen und ein Paßwort oder irgendeinen anderen Code. Der Berechtigungscode kann auf einer Chip-Karte gespeichert sein und durch die Chip-Kartenschnittstelle 148 an die Oberflächeneinheit 100 übermittelt werden. Alternativ kann der Berechtigungscode vom Benutzer über eine Anwenderschnittstelle manuell eingegeben werden.
Wenn ein Berechtigungscode empfangen und überprüft worden ist, bestimmt die Aktivierungssoftware 124 (bei 204) die von dem Benutzer gelieferte Zugriffsebene. Benutzern ist eine Hierarchie von Anwenderebenen zugeteilt, wobei manche Benutzer mit einer höheren Zugriffsebene versehen sind, während andere mit einer niedrigeren Zugriffsebene versehen sind. Beispielsweise ist ein Benutzer mit einer höheren Zugriffsebene berechtigt, das Perforationswerkzeug zum Abfeuern von Kanonen zu aktivieren. Ein Benutzer mit einer niedrigeren Zugriffsebene darf lediglich Anfragen an das Perforationswerkzeug senden, um die Konfiguration des Perforationswerkzeugs zu bestimmen und eventuell einen Test des Perforationswerkzeugs (ohne Aktivieren der Sprengvorrichtungen 22 in dem Perforationswerkzeug 104) durchzuführen.
Die Aktivierungssoftware 24 prüft außerdem (bei 206) die Tiefe des Perforationswerkzeugs 104 im Bohrloch. Die Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 ist solange gesperrt, bis es sich in der richtigen Tiefe befindet. Solange sich das Perforationswerkzeug 104, wie (bei 208) bestimmt worden ist, nicht in einer richtigen Tiefe befindet, sind weitere Aktionen blockiert. Sobald sich das Perforationswerkzeug 104 in der richtigen Tiefe befindet, führt die Aktivierungssoftware 124 (bei 210) verschiedene Abfragen der Steuereinheiten 14 in dem Perforationswerkzeug 100 durch. Die Abfragen können das Bestimmen der Stellungen der Schalter 16 und 18 in dem Perforationswerkzeug 104, den Status der Steuereinheit 14, die Konfiguration und die Anordnung des Perforationswerkzeugs 104 (z. B. Anzahl der Kanonen, erwartete Identifikationen oder Codes jeder Steuereinheit usw.) und dergleichen umfassen.
Sobald die Statusinformationen von dem Perforationswerkzeug 104 empfangen worden sind, vergleicht die Aktivierungssoftware 124 (bei 212) die Daten mit einer erwarteten Konfiguration des Perforationswerkzeugs 104. Anhand der Abfragen und des Vergleichs, die bei 210 und 212 durchgeführt worden sind, bestimmt die Aktivierungssoftware 124 (bei 214), ob das Perforationswerkzeug 104 korrekt arbeitet bzw. in der korrekten Konfiguration ist. Andernfalls endet der Aktivierungsprozeß, wobei das Werkzeug 104 deaktiviert bleibt. Wenn jedoch bestimmt worden ist, daß das Werkzeug korrekt arbeitet und in der erwarteten Konfiguration ist, wartet die Aktivierungssoftware 124 (bei 216) auf den Empfang eines Befehls zum Scharfmachen vom Benutzer. Der Befehl zum Scharfmachen kann von dem Benutzer über die Anwenderschnittstelle 128 der Oberflächeneinheit 100, über die Anwenderschnittstelleneinrichtung 124 oder über das System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 geliefert werden.
Nach dem Empfang des Befehls zum Scharfmachen überprüft die Aktivierungssoftware 124 (bei 218) nochmals die Tiefe des Perforationswerkzeugs 104. Dies soll sicherstellen, daß sich das Perforationswerkzeug 104 nicht aus seiner anfänglichen Tiefe nach oben bewegt hat.
Als nächstes prüft die Aktivierungssoftware 124 (bei 220) verschiedene Bohrlochumgebungsbedingungen einschließlich des Drucks, der Temperatur, des Vorhandenseins von Gas oder Flüssigkeit, der Abweichung des Bohrlochs usw.
Wenn der richtige Zustand nicht gegeben ist, wie bei 224 bestimmt worden ist, übermittelt die Aktivierungssoftware 124 (bei 226) dem Benutzer, etwa durch die Anwenderschnittstelle 128 der Oberflächeneinheit 100, der Datenanzeigeeinrichtung 146 der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 oder der Datenanzeigeeinrichtung 142 des Systems an einer entlegenen Örtlichkeit 130, eine Angabe. Das Scharfmachen ist gesperrt.
Wenn der Zustand des Bohrlochs und die Position des Perforationswerkzeugs 104 jedoch korrekt sind, gibt die Aktivierungssoftware 124 (bei 228) einen Befehl zum Scharfmachen an das Perforationswerkzeug 11 aus. Der Befehl zum Scharfmachen wird von der Sicherheitsbaugruppe 106 empfangen, die den Kabelschalter 18A in Reaktion auf den Befehl zum Scharfmachen schließt. Optional können die Kabelschalter 18B, 18C zu diesem Zeitpunkt ebenfalls in die geschlossene Stellung betätigt werden.
Die Aktivierungssoftware 124 wartet (bei 230) auf den Empfang eines Aktivierungsbefehls vom Benutzer. Nach dem Empfang des Aktivierungsbefehls prüft die Aktivierungssoftware 124 (bei 232) erneut die Umgebungsbedingungen und die Tiefe des Perforationswerkzeugs. Die Aktivierungssoftware 124 prüft (bei 234) außerdem die Kanonenposition und -orientierung. Es kann erwünscht sein, die Kanone in einem vorgegebenen Winkel in bezug zur Vertikalen abzufeuern. Außerdem können die Hohlladungen des Perforationswerkzeugs 104 so orientiert werden, daß sie in eine bestimmte Richtung schießen, weshalb die Orientierung überprüft werden muß.
Wenn die Umgebungsbedingung und die Kanonenstellung korrekt sind, wie bei 236 bestimmt worden ist, sendet die Aktivierungssoftware 124 (bei 238) den Aktivierungsbefehl an das Perforationswerkzeug 104. Der Aktivierungsbefehl kann von der Aktivierungssoftware 124 für die Übermittlung über das Kabel 102 verschlüsselt werden. Die Steuereinheiten 14 in dem Perforationswerkzeug 104können den verschlüsselten Aktivierungsbefehl entschlüsseln. In einer Ausführungsform wird der Aktivierungsbefehl mit dem richtigen Bezeichnercode jeder Steuereinheit 14 geliefert. Jede Steuereinheit 14 prüft diesen Code, um sicherzustellen, daß vor dem Aktivieren der geeigneten Schalter 16 und 18 und dem Abfeuern der Kanonen 108 in dem Perforationswerkzeug 104 der richtige Code ausgegeben worden ist.
In einem Ablauf werden die Kanonen 108 des Perforationswerkzeugs 104 nacheinander durch ein Folge von Aktivierungsbefehlen abgefeuert. In einem anderen Ablauf wird der Aktivierungsbefehl für alle Kanonen 108 gleichzeitig geliefert, wobei jede Kanone 108 mit einer Verzögerung vorprogrammiert ist, die die Verzögerungszeitspanne zwischen dem Empfang des Aktivierungsbefehls und dem Abfeuern der Kanone 108 spezifiziert. Die Verzögerungen bei mehreren Kanonen 108 können verschieden sein.
Während und nach der Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 werden von den verschiedenen Sensoren 114, 116 und 152 Meßdaten gesammelt. Die gesammelten Meßdaten werden (bei 242) dem Benutzer übermittelt.
Fig. 4 zeigt einen Ablaufplan eines Prozesses zur Durchführung einer sicheren Aktivierung eines Sprengwerkzeugs wie etwa des Perforationswerkzeugs 104 gemäß einer Ausführungsform. Eine zentrale Leitstelle (nicht gezeigt) liefert (bei 302) ein Profil eines Benutzers, das seinen zugeordneten Bezeichner, den Berechtigungscode, die persönliche Identifikationsnummer-(PIN)-Code, die digitale Unterschrift und die Zugriffsebene umfaßt. Dieses Profil wird (bei 304) als Zertifikat in die Oberflächeneinheit 100 geladen, wo es in dem Speicher 122 gespeichert wird. Während der Benutzung gibt ein Benutzer (bei 306) seine Chip- Karte in die Chip-Kartenschnittstelle 148 der Oberflächeneinheit 100 ein. Die Oberflächeneinheit 100 kann durch die Anwenderschnittstelle 128 über ein Bereitschaftszeichen einen PIN-Code anfordern, der dann vom Benutzer eingegeben wird. Die Oberflächeneinheit 100 prüft (bei 308) zur Sicherzustellung anhand des gespeicherten Zertifikats, daß ein Benutzer zur Benutzung eines Systems berechtigt ist, und teilt dem Benutzer den gewährten Zugriff mit.
Als nächstes fordert der Benutzer (bei 310) das Scharfschalten des Perforationswerkzeugs 104 an, was von der Oberflächeneinheit 100 empfangen wird. Wie oben besprochen worden ist, prüft die Oberflächeneinheit 100 in Antwort darauf (bei 312) die Tiefe des Perforationswerkzeugs 104 und die Daten weiterer Sensoren von dem Perforationswerkzeug 104, um zu bestimmen, ob das Perforationswerkzeug 104 sicher scharfzumachen ist.
Der Benutzer gibt dann (bei 314) einen Feuerfrei-Befehl aus, der von der Oberflächeneinheit 100 empfangen wird. Die Oberflächeneinheit 100 prüft dann (bei 316), daß das Perforationswerkzeug 104 sicher zu aktivieren ist, und sendet, wenn dies der Fall ist, einen verschlüsselten Aktivierungsbefehl an das Perforationswerkzeug 104.
Die Steuereinheit 14A in der Sicherheitsbaugruppe 106 speichert bei der Herstellung einen privaten Schlüssel ab. Dieser private Schlüssel wird von der Steuereinheit 14A in der Sicherheitsbaugruppe 106 verwendet, um den Aktivierungsbefehl (bei 318) zu entschlüsseln. Der entschlüsselte Aktivierungsbefehl wird dann zu den Kanonen 108 geschickt, damit diese feuern.
Fig. 5 zeigt einen Ablaufplan eines Prozesses der Fernaktivierung des Perforationswerkzeugs 104. Im Kontext von Fig. 1 wird die Fernaktivierung durch einen Benutzer an dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 ausgeführt. In dem Beispiel von Fig. 5 sind an der Fernaktivierung des Perforationswerkzeugs 104 zwei Benutzer beteiligt, wobei sich der Benutzer 1 auf dem Bohrgelände befindet und der Benutzer 2 bei dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130. Wie vorher vergibt ein zentrales Leitsystem Benutzernamen und deren zugeordnete Informationen und Zugriffsebenen (bei 302) und übermittelt zur Speicherung Zertifikate mit den Profiten (bei 404) an die Oberflächeneinheit 100 und an das System an einer entlegenen Örtlichkeit 130.
An der Oberflächeneinheit 100 gibt der Benutzer 1 (bei 406) seine Chip- Karte zusammen mit dem Benutzer-PIN-Code ein, um ein Fernscharfschalten und eine Aktivierung des Perforationswerkzeugs 104 anzufordern. Diese Angabe wird (bei 408) von der Oberflächeneinheit 100 über die Kommunikationsverbindung 132 an das System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 übermittelt. Der Benutzer 1 prüft außerdem (bei 407) an der Oberflächeneinheit 100, daß alles sicher und bereit zum Feuern ist.
Der Benutzer 2 gibt dann seine Chip-Karte in die Chip-Kartenschnittstelle 150 des Systems an einer entlegenen Örtlichkeit 130 ein, um Zugriff auf dieses zu erlangen. Sobald der Benutzer 2 berechtigt ist, fordert er (bei 410) das Scharfschalten des Perforationswerkzeugs 104 an. Die Oberflächeneinheit 100 prüft (bei 412) durch Zugriff auf das in der Oberflächeneinheit 100 gespeicherte Zertifikat, daß der Benutzer 2 berechtigt ist. Diese Prüfung kann alternativ von dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 durchgeführt werden.
Die Oberflächeneinheit 100 prüft (bei 414) die Tiefe des Perforationswerkzeugs 104 zusammen mit andern Daten von den Sensoren des Perforationswerkzeugs 104, um sicherzustellen, daß dieses sicher scharfzumachen ist. Sobald die Überprüfung stattgefunden hat und dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 zurückübermittelt worden ist, gibt der Benutzer 2 (bei 416) an dem System an einer entlegenen Örtlichkeit 130 einen Aktivierungsbefehl aus. Die Oberflächeneinheit 100 prüft (bei 418), um sicherzustellen, daß das Perforationswerkzeug 104 sicher zu aktivieren ist, und sendet dann einen verschlüsselten Aktivierungsbefehl. Der verschlüsselte Aktivierungsbefehl wird von der Sicherheitsbaugruppe 106 empfangen, wobei der verschlüsselte Aktivierungsbefehl (bei 420) von der Steuereinheit 14A in der Sicherheitsbaugruppe 106 entschlüsselt wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist ein weiteres Leistungsmerkmal die Fähigkeit, das Perforationswerkzeug 104 zu testen, um sicherzustellen, daß es korrekt funktioniert. Der Test kann am Bohrgelände oder in einer vom diesem abgelegenen Werkstatt durchgeführt werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist dazu ein Prüfgerät 500 durch eine Kommunikationsschnittstelle 504 über eine Kommunikationsverbindung 502 mit dem Perforationswerkzeug 104 gekoppelt. Bei der Durchführung des Tests auf dem Bohrgelände kann das Prüfgerät 500 in der Oberflächeneinheit 100 implementiert sein. In der Werkstatt oder an irgendeinem anderen Ort ist das Prüfgerät 500 eine selbstständige Einheit. Das Prüfgerät 500 besitzt einen Kommunikationsanschluß 503, der zur Durchführung einer drahtlosen Kommunikation mit dem Kommunikationsanschluß 144 in der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 geeignet ist. Die Kommunikation kann in Form einer IR-Kommunikation, einer HF-Kommunikation oder in Form einer drahtlosen Kommunikation erfolgen. Die Kommunikation zwischen der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 und dem Prüfgerät 500 kann auch über eine Kabelverbindung erfolgen.
In einer Ausführungsform sind in der Datenanzeigeeinrichtung 146 der Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 verschiedene Elemente einer graphischen Anwenderschnittstelle (GUI) (z. B. Fenster, Bildschirme, Piktogramme, Menüs usw.) vorgesehen. Die GUI-Elemente umfassen Steuerelemente wie etwa Menüpositionen oder Piktogramme, die von einem Benutzer zur Ausführung verschiedener Aktionen wählbar sind. Die GUI-Elemente umfassen außerdem Anzeigekästen oder -felder, in denen dem Benutzer Informationen, die dem Perforationswerkzeug 104 zugeordnet sind, angezeigt werden.
In Reaktion auf die Wahl verschiedener GUI-Elemente durch den Benutzer sendet die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 Befehle an das Prüfgerät 500, um zu bewirken, daß von der Steuerlogik in dem Prüfgerät 500 bestimmte Tasks ausgeführt werden. Eine der von dem Prüfgerät 500 durchgeführten Aktionen ist die Übertragung von Signalen über das Kabel 502 zum Testen der Komponenten des Perforationswerkzeugs 104. Ein Feedback hinsichtlich des Tests wird zu dem Prüfgerät 500 zurückübermittelt, das seinerseits Daten über das drahtlose Medium an die Anwenderschnittstelleneinrichtung 134 übermittelt, wo die Informationen an der Datenanzeigeeinrichtung 146 angezeigt werden. Als zusätzliches Sicherheitsmerkmal kann das Prüfgerät 500 außerdem eine Chip- Karte-Leseeinrichtung oder eine Einrichtung für biometrische Eingabe umfassen, um die Benutzerberechtigung zu überprüfen.
Eine genauere Beschreibung des Prüfgeräts 500 und der Komponenten in dem Perforationswerkzeug 104, die dieses Testmerkmal ermöglichen, ist in der US-Anmeldung mit der lfd. Nr. 09/997,021 mit dem Titel "Communicating with a Tool", eingereicht am 28. November 2001, näher besprochen.
Die hier beschriebenen verschiedenen Systeme und Vorrichtungen enthalten jeweils verschiedene Softwareroutinen oder -module. Solche Softwareroutinen oder -module sind in entsprechenden Steuereinheiten oder Prozessoren ausführbar. Jede Steuereinheit oder jeder Prozessor umfaßt einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine Prozessorkarte (einschließlich eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern) oder andere Steuer- oder Recheneinrichtungen. Der Begriff "Controller", wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine Hardwarekomponente, eine Softwarekomponente oder eine Kombination aus beidem. Obwohl in der Einzahl verwendet kann ein "Controller" auch mehrere Hardwarekomponenten, mehrere Softwarekomponenten oder eine Kombination aus beidem bedeuten.
Die Speichervorrichtungen, auf die in dieser Abhandlung verwiesen worden ist, umfassen ein oder mehrere maschinenlesbare Medien zum Speichern von Daten und Befehlen. Das Speichermedium schließt verschiedene Formen von Speichern einschließlich der Halbleiterspeichervorrichtungen wie etwa dynamische oder statische Direktzugriffsspeicher (DRAMs oder SRAMs), löschbare und programmierbare Nur-Lese-Speicher (EPROMs), elektrisch löschbare und programmierbare Nur-Lese-Speicher (EEPROMs) und Flash-Speicher, Magnetplatten wie etwa Festplatten, Wechselplatten und Floppy-Disks, andere magnetische Medien einschließlich eines Bandes und optische Medien wie etwa Compact Disks (CDs) oder Digital Video Disks (DVDs) ein. Befehle, die die verschiedenen Softwareroutinen oder -module ausmachen, sind in jeweiligen Speichervorrichtungen gespeichert. Die Befehle bewirken, wenn sie durch eine jeweilige Steuereinheit oder einen Prozessor ausgeführt werden, daß der entsprechende Knoten oder das entsprechende System programmierte Aktionen durchführt.
Die Befehle der Softwareroutinen oder -module werden auf verschiedene Weise in jede Vorrichtung oder jedes System geladen oder übertragen. Beispielsweise werden Befehle enthaltende Codesegmente, die auf Floppy-Disk-, CD- oder DVD-Medien oder einer Festplatte gespeichert sind oder durch eine Netzschnittstellenkarte, ein Modem oder eine andere Schnittstelleneinrichtung übertragen werden, in die Vorrichtung oder das System geladen und als entsprechende Softwareroutinen oder -module ausgeführt. Beim Lade- oder Übertragungsprozeß übermitteln Datensignale, die in (über Telephonleitungen, Netzleitungen, drahtlose Verbindungen, Kabel und dergleichen übertragenen) Trägerwellen enthalten sind, die Befehle enthaltende Codesegmente an die Vorrichtung oder das System. Solche Trägerwellen besitzen die Form von elektrischen, optischen, akustischen, elektromagnetischen oder andersartigen Signalen.

Claims

1. Verfahren zum Aktivieren eines Werkzeugs, bei dem ein Berechtigungscode eines Benutzers geprüft wird, um zu überprüfen, ob der Benutzer zur Aktivierung des Werkzeugs zugelassen ist; Daten, die sich auf die Umgebung des Werkzeugs beziehen, empfangen werden; und die Aktivierung des Werkzeugs in Reaktion auf den Berechtigungscode und die Daten, die angeben, daß die Umgebung des Werkzeugs ein oder mehrere Kriterien für die Aktivierung des Werkzeugs erfüllt, freigegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Anwenderbefehl zur Aktivierung des Werkzeugs empfangen wird; und ein Aktivierungsbefehl an das Werkzeug gesendet wird, wenn die Aktivierung des Werkzeugs freigegeben ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Senden des Aktivierungsbefehls das Senden eines verschlüsselten Aktivierungsbefehl umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Entschlüsseln des verschlüsselten Aktivierungsbefehls durch das Werkzeug umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Entschlüsseln des verschlüsselten Aktivierungsbefehls durch Verwendung eines in dem Werkzeug gespeicherten Schlüssels erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Empfangen des Berechtigungscodes des Benutzers aus den auf einer Chip-Karte gespeicherten Informationen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Empfangen des Berechtigungscodes ferner das Empfangen eines persönlichen Identifikationsnummerncodes von dem Benutzer zusätzlich zu den auf der Chip-Karte gespeicherten Informationen umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Empfangen der auf der Chip-Karte gespeicherten Informationen das Empfangen einer digitalen Unterschrift von der Chip-Karte umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem Sensoren in dem Werkzeug vorgesehen sind; und von den Sensoren Daten, die die Umgebung angeben, an eine Oberflächeneinheit übermittelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Werkzeug Sprengstoff enthält und an der Bohrlochoberfläche zusätzliche Sensoren vorgesehen sind, die eine Detonation des Sprengstoffs erfassen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem von einer entlegenen Örtlichkeit ein Befehl zur Aktivierung des Werkzeugs empfangen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Befehl über eine drahtlose Verbindung empfangen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Befehl über eine Hochfrequenz-Verbindung empfangen wird.

14. Werkzeug, umfassend ein Teilsystem mit einem Sprengstoff; eine Sicherheitsbaugruppe mit einem Schalter; eine erste elektrische Verbindung, die mit dem Schalter gekoppelt ist, und eine zweite elektrische Verbindung, die zwischen den Schalter und das Teilsystem geschaltet ist; wobei der Schalter dazu geeignet ist, die erste und die zweite elektrische Verbindung zu trennen, wenn er in der geöffneten Stellung ist, um das elektrische Scharfschalten des Teilsystems zu sperren.

15. Werkzeug nach Anspruch 14, bei dem das Teilsystem eine Kanone umfaßt.

16. System für die Aktivierung eines Werkzeugs, das einen Controller mit einer Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Werkzeug umfaßt, wobei der Controller eine Sicherheitseingabeeinheit enthält, die einen Berechtigungscode empfangen kann, der Controller den Berechtigungscode überprüfen kann; und die Schnittstelle Daten, die sich auf die Umgebung des Werkzeugs beziehen, empfangen kann.

17. System nach Anspruch 16, bei dem der Controller die Aktivierung des Werkzeugs in Reaktion auf eine Überprüfung des Berechtigungscodes und der Daten, die sich auf die Umgebung des Werkzeugs beziehen, freigeben kann.

18. System nach Anspruch 16 oder 17, das ferner eine Kommunikationsschnittstelle umfaßt, die für eine drahtlose Kommunikation mit einer entlegenen Örtlichkeit geeignet ist.

19. System nach Anspruch 18, bei dem die Kommunikationsschnittstelle für eine Kommunikation mit der entlegenen Örtlichkeit mittels Hochfrequenz-Zeichengabe geeignet ist.

20. System nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem die Sicherheitseingabeeinheit eine Chip-Karte-Leseeinrichtung umfaßt, die auf einer Chip-Karte gespeicherte Informationen empfangen kann.

21. System nach Anspruch 20, bei dem die Sicherheitseingabeeinheit ferner ein Paßwort von einem Benutzer empfangen kann.

22. Baueinheit, umfassend ein Aktivierungssystem mit einer Schnittstelle und einer Sicherheitseingabeeinheit; und ein Werkzeug, das mit der Schnittstelle des Aktivierungssystems gekoppelt ist, wobei die Sicherheitseingabeeinheit einen Berechtigungscode empfangen kann und die Schnittstelle Daten, die zur Umgebung des Werkzeugs gehören, empfangen kann.

23. Baueinheit nach Anspruch 22, bei der das Aktivierungssystem die Aktivierung des Werkzeugs auf der Grundlage des Berechtigungscodes und der Umgebungsdaten freigeben kann.

24. Baueinheit nach Anspruch 22 oder 23, bei der das Aktivierungssystem eine Aktivierungsangabe von einem Benutzer empfangen und in Reaktion auf eine freigegebene Aktivierung einen Aktivierungsbefehl an das Werkzeug kann.

25. Baueinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei der das Werkzeug eine Sprengvorrichtung enthält.

26. Baueinheit nach Anspruch 25, bei der das Werkzeug eine Sicherheitsbaugruppe umfaßt, die ein Teilsystem des Werkzeugs, das die Sprengvorrichtung enthält, elektrisch trennen kann.

27. Baueinheit nach Anspruch 26, bei der die Sicherheitsbaugruppe einen Schalter umfaßt, der in eine geöffnete Stellung versetzt wird, um das Teilsystem des Werkzeugs, das den Sprengstoff enthält, zu trennen.

28. Baueinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 28, bei der das Werkzeug Sensoren umfaßt, die zur Übermittlung der Umgebungsdaten an das Aktivierungssystem geeignet sind.

29. Baueinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 28, bei der das Werkzeug ein Perforationswerkzeug umfaßt.

30. Baueinheit nach Anspruch 29, die ferner einen Sensor umfaßt, der an der Erdoberfläche angeordnet werden kann, um das Abfeuern des Perforationswerkzeugs zu erfassen.

31. Baueinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 30, die ferner ein System an einer entlegenen Örtlichkeit umfaßt, das für die drahtlose Kommunikation mit dem Aktivierungssystem geeignet ist.

32. Baueinheit nach Anspruch 31, bei der das System an einer entlegenen Örtlichkeit für die Übermittlung eines Aktivierungsbefehls an das Aktivierungssystem geeignet ist.

33. Baueinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 32, bei der die Sicherheitseingabeeinheit eine Chip-Karte-Leseeinrichtung umfaßt.

34. Verfahren für den Umgang mit einem ein Teilsystem mit einer Sprengvorrichtung enthaltenden Werkzeug, bei dem eine Sicherheitsbaugruppe zwischen dem Teilsystem und einem Eingang des Werkzeugs vorgesehen ist; und ein Schalter in der Sicherheitsbaugruppe in eine geöffnete Stellung versetzt wird, um das Teilsystem von der Eingabe elektrisch zu trennen.

35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das Werkzeug in einem vorbereitend scharfgemachten Zustand, in dem die Sprengvorrichtung in dem Teilsystem angeschlossen ist, transportiert wird.

36. Verfahren für die Aktivierung eines Sprengstoff enthaltenden Werkzeugs, bei dem von einer Sicherheitseingabeeinheit ein einem Benutzer zugeordneter Berechtigungscode empfangen wird und eine Überprüfung anhand des Berechtigungscodes, daß der Benutzer zur Aktivierung des den Sprengstoff enthaltenden Werkzeugs berechtigt ist, durchgeführt wird; und in Reaktion auf eine Benutzereingabe eine oder mehrere Nachrichten an das den Sprengstoff enthaltende Werkzeug gesendet werden, um dieses zu aktivieren.

37. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem das Empfangen des Berechtigungscodes durch die Sicherheitseingabeeinheit das Empfangen des Berechtigungscode von einer Chip-Karte-Leseeinrichtung und von einer Einrichtung für biometrische Eingabe umfaßt.

38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, bei dem das Werkzeug eine Perforationskanone umfaßt und bei dem das Senden einer oder mehrerer Nachrichten das Senden einer ersten Nachricht zum Scharfmachen der Perforationskanone und das Senden einer zweiten Nachricht zum Abfeuern der Kanone umfaßt.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, bei dem das Senden einer oder mehrerer Nachrichten das Senden einer oder mehrerer verschlüsselter Nachrichten umfaßt.

40. Verfahren nach Anspruch 39, das ferner das Entschlüsseln der einen oder mehreren verschlüsselten Nachrichten durch das Werkzeug umfaßt.

41. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 41, bei dem das Werkzeug mehrere Kanonen enthält, wovon jede einen eindeutigen Code besitzt und wobei das Senden der einen oder mehreren Nachrichten das Senden der einen oder mehreren Nachrichten, die die eindeutigen Codes enthalten, umfaßt.

42. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem das Senden der einen oder mehreren Nachrichten das Senden einer Nachricht an alle Kanonen umfaßt.

43. Verfahren nach Anspruch 42, bei dem in jeder der Kanonen ein Verzögerungselement vorgesehen ist, um eine Verzögerung vom Empfang der Nachricht bis zum Abfeuern der Kanone zu spezifizieren, wobei die Verzögerung in einer Kanone von der Verzögerung in wenigstens einer anderen Kanone verschieden ist.

44. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 43, bei dem mehrere Zugriffsebenen vorgesehen sind und überprüft wird, daß der Benutzer aufgrund des Berechtigungscodes berechtigt ist, wobei das Überprüfen das Bestimmen derjenigen der mehreren Zugriffsebenen, die dem Benutzer zugeordnet ist, umfaßt.

45. System, umfassend eine Sicherheitseingabeeinrichtung, die einen Berechtigungscode eines Benutzers empfangen kann; einen Controller, der anhand des Berechtigungscodes überprüfen kann, ob der Benutzer zum Zugriff auf die Aktivierung des Sprengstoff enthaltenden Werkzeugs berechtigt ist; und eine Schnittstelle, die zur Kopplung an eine Verbindung zu dem die Sprengvorrichtung enthaltenden Werkzeug geeignet ist, wobei die Schnittstelle unter der Steuerung des Controllers eine Aktivierungsnachricht an das Werkzeug senden kann.

46. System nach Anspruch 45, bei dem die Sicherheitseingabeeinrichtung eine Chip-Karte-Leseeinrichtung oder eine Einrichtung für biometrische Eingabe umfaßt.

47. System nach Anspruch 45 oder 46, das eine Speichervorrichtung zur Speicherung von Berechtigungsdaten umfaßt, wobei der Controller den Berechtigungscode mit den Berechtigungsdaten in der Speichervorrichtung vergleichen kann.

48. System nach einem der Ansprüche 45 bis 47, bei dem die Aktivierungsnachricht aus einer verschlüsselten Aktivierungsnachricht besteht.

49. System nach einem der Ansprüche 45 bis 48, bei dem die Aktivierungsnachricht eine Nachricht zum Abfeuern einer Perforationskanone in dem Werkzeug umfaßt.

50. Gegenstand, umfassend wenigstens ein Speichermedium mit Befehlen zum Steuern eines Sprengstoff enthaltenden Werkzeugs, wobei die Befehle, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, daß ein System über eine Sicherheitseingabeeinrichtung einen einem Benutzer zugeordneten Berechtigungscode empfängt, anhand des Berechtigungscodes überprüft, ob der Benutzer zur Aktivierung des den Sprengstoff enthaltenden Werkzeugs zugelassen ist; und eine oder mehrere Nachrichten erzeugt, die an das den Sprengstoff enthaltende Werkzeug gesendet werden, um dieses zu aktivieren.

51. Werkzeug, umfassend eine Kanone, das Sprengstoff und einen Sensor, der für die Übermittlung von Daten über eine mit dem Werkzeug gekoppelte Kommunikationsleitung geeignet ist, enthält.

52. Werkzeug nach Anspruch 51, bei dem die Kanone ferner wenigstens einen weiteren Sensor enthält, der für die Übermittlung von Daten über die Kommunikationsleitung geeignet ist.

53. Werkzeug nach Anspruch 51 oder 52, bei dem der Sensor aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Temperatursensor, einem Drucksensor, einem Fluiddichtesensor, einem Feuchtigkeitsdetektor, einem Dehnungsmeßstreifenbrücke-Sensor, einem akustischen Sensor, einem Vibrationssensor, einem Sanderfassungssensor, einem Wassererfassungssensor, einem Skalendetektor, einem Viskositätssensor, einem Blasenpunktsensor, einem Zusammensetzungssensor, einem Infrarotsensor, einem Gammastrahlensensor, einem H₂O-Sensor, einem CO₂-Sensor, einem Schwerstangen-Positionsgeber, einem Positionssensor und einem Richtungssensor besteht.

54. Werkzeug nach Anspruch 53, bei dem die Kanone wenigstens einen weiteren aus der Gruppe gewählten Sensor enthält.

55. Werkzeug nach einem der Ansprüche 51 bis 54, das ferner eine weitere Kanone, die Sprengstoff und einen Sensor enthält, umfaßt.

56. Verfahren für die Anwendung in einem Bohrloch, bei dem ein Werkzeug, das eine Kanone enthält, in das Bohrloch abgesenkt wird; in der Kanone ein Sensor vorgesehen ist; und von dem Sensor über eine mit dem Werkzeug gekoppelte Kommunikationsleitung Daten übermittelt werden.

57. Verfahren nach Anspruch 56, bei dem eine weitere Kanone in dem Werkzeug vorgesehen ist; und in der weiteren Kanone ein weiterer Sensor vorgesehen ist.

58. Verfahren nach Anspruch 56, bei dem das Vorsehen des Sensors das Vorsehen eines Sensors umfaßt, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Temperatursensor, einem Drucksensor, einem Fluiddichtesensor, einem Feuchtigkeitsdetektor, einem Dehnungsmeßstreifenbrücke-Sensor, einem akustischen Sensor, einem Vibrationssensor, einem Sanderfassungssensor, einem Wassererfassungssensor, einem Skalendetektor, einem Viskositätssensor, einem Blasenpunktsensor, einem Zusammensetzungssensor, einem Infrarotsensor, einem Gammastrahlensensor, einem H₂O-Sensor, einem CO₂-Sensor, einem Schwerstangen-Positionsgeber, einem Positionssensor und einem Richtungssensor besteht.

59. Verfahren nach Anspruch 56, bei dem in der Kanone ein weiterer Sensor vorgesehen ist.