NO319947B1 - Mikrosvitsjer for nedhulls-anvendelse - Google Patents

Mikrosvitsjer for nedhulls-anvendelse Download PDF

Info

Publication number
NO319947B1
NO319947B1 NO20014282A NO20014282A NO319947B1 NO 319947 B1 NO319947 B1 NO 319947B1 NO 20014282 A NO20014282 A NO 20014282A NO 20014282 A NO20014282 A NO 20014282A NO 319947 B1 NO319947 B1 NO 319947B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
conductors
drive device
switch
electrical energy
dielectric gas
Prior art date
Application number
NO20014282A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20014282L (no
NO20014282D0 (no
Inventor
James E Brooks
Nolan C Lerche
Cameron C Abnet
Clarence Chui
Stuart B Brown
Original Assignee
Schlumberger Holdings
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schlumberger Holdings filed Critical Schlumberger Holdings
Publication of NO20014282D0 publication Critical patent/NO20014282D0/no
Publication of NO20014282L publication Critical patent/NO20014282L/no
Publication of NO319947B1 publication Critical patent/NO319947B1/no

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/11Perforators; Permeators
    • E21B43/116Gun or shaped-charge perforators
    • E21B43/1185Ignition systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10Initiators therefor
    • F42B3/12Bridge initiators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10Initiators therefor
    • F42B3/12Bridge initiators
    • F42B3/121Initiators with incorporated integrated circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10Initiators therefor
    • F42B3/12Bridge initiators
    • F42B3/124Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10Initiators therefor
    • F42B3/12Bridge initiators
    • F42B3/13Bridge initiators with semiconductive bridge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10Initiators therefor
    • F42B3/195Manufacture
    • F42B3/198Manufacture of electric initiator heads e.g., testing, machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42DBLASTING
    • F42D1/00Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/04Arrangements for ignition
    • F42D1/045Arrangements for electric ignition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/0036Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/12Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20Bridging contacts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/12Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20Bridging contacts
    • H01H1/2083Bridging contact surfaces directed at an oblique angle with respect to the movement of the bridge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Description

Oppfinnelsen vedrører mikrobrytere for bruk i forskjellige verktøy, slik som nedhulls brønnverktøy.
Ved utforming av en brønn må det utføres mange forskjellige typer opera-sjoner, innbefattende borings-, loggings-, avslutnings- og produksjons-operasjoner. Forskjellige typer anordninger blir brukt til å utføre de ønskede ope-rasjoner. Eksempler på slike innretninger innbefatter perforeringskanoner for å utføre perforeringsoperasjoner, strømningsreguleringsanordninger for å regulere fluidstrømning (injeksjon eller produksjon), pakninger for å isolere forskjellige om-råder i brønnen, og andre anordninger.
Aktiveringsmekanismene for å aktivere slike anordninger kan innbefatte mekaniske, hydrauliske og elektriske aktiveringsmekanismer. For å aktivere en nedhullsanordning elektrisk, blir en kraftkilde tilkoplet nedhuilsanordningen. Dette blir vanligvis utført ved å bruke brytere, enten på overflaten eller i en nedhulls-modul. Bryteren er innledningsvis åpen for å isolere kraftkilden fra nedhuilsanordningen. Når aktivering er ønsket, blir bryteren lukket for å levere elektrisk kraft tit nedhuilsanordningen.
Ved anvendelser i borehull er én brytertype laget av et gassutladningsrør som enten er en bryter av triggertypen eller overspenningstypen. En bryter av den triggede type benytter en ytre stimulus til å lukke bryteren eller aktivere den. En overspenningsbryter blir aktivert når spenningsnivået på én side av bryteren over-skrider en terskelverdi.
Noen brytere benytter et gassrør som har en elektrode ved hver ende. For å få bryteren til å lede, blir enten en tennspenning påtrykket et tredje indre gitter eller en anode, eller bryteren blir tvunget til å lede som et resultat av en overspen-ningstilstand. Fordi den typiske gassrørutladningsbryteren er anordnet i en rørfor-met geometri, blir den vanligvis assosiert med en forholdsvis høy induktans. Rør-formen til et gassrør tillater heller ikke hensiktsmessig reduksjon av bryterens tot-ale størrelse. I tillegg kan det være vanskelig å integrere gassrørbryteren med andre komponenter.
En annen type bryter omfatter en eksplosiv sjokkbryter. Sjokkbryteren er konstruert ved å bruke en flat, fleksibel kabel med et øvre lederlag, et midtre isolasjonslag og et nedre lederlag. En liten sprengladning kan detoneres på det øvre lag for å få isolasjonslaget til å danne en ledende ioniseringsbane mellom de to lederlagene. Én variant av dette er en "tegnestiftbryter" hvor en skarp metalltapp blir brukt til å trenge gjennom isolasjonslaget for elektrisk å forbinde det øvre ledende lag med det nedre ledende lag.
Den eksplosive sjokkbryteren er en bryter med lav induktans, men en eksplosiv pellet må tenne for å utløse bryteren. Tegnestiftbryteren er lik den eksplosive bryteren, men den er ikke helt pålitelig. Det er derfor fortsatt et behov for brytere som har forbedret pålitelighet og forbedrede utiøsningskarakteristikker.
WO 00 22279 A1 omhandler en anordning for bruk i et nedhullsverktøy omfattende en nedhullskomponent og en bryter som innbefatter ledere og en mikroelektromekanisk anordning innrettet til å forbinde lederne når den aktiveres, for å frembringe elektrisk energi til nedhullskomponenten. Den mikroelektromekaniske anordning omfatter en drivanordning som er bevegelig som reaksjon på et påtrykt signal. US 5 731 538 A omhandler en innretning for å utløse sprengladninger, der en bryter omfattende et dielektrisk element er anbrakt mellom lederne og videre er en triggerlinje anbrakt i det dielektriske elementet, der det dielektriske elementet blir brutt ned ved tilførsel av elektrisk energi til triggerlinjen, slik at det dannes en ledende bane mellom lederne. EP 0 520 407 A1 vedrører en elektrostatisk relé der én av lederne er anordnet som en utligger.
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret anordning, bryter samt fremgangsmåte for fremstilling av en bryter, som er særpreget ved de trekk som er angitt i de selvstendige krav. Andre fordelaktige utførelsesformer og trekke er angitt i de uselvstendige krav.
Ifølge én utførelsesform omfatter en anordning for bruk i et nedhullsverktøy generelt en nedhullskomponent og en bryter som innbefatter ledere og en mikroelektromekanisk anordning innrettet for å forbinde lederne elektrisk ved aktivering.
Andre egenskaper og utførelsesformer vil fremgå av den følgende beskrivelse, fra kravene og fra tegningene, hvor: fig. 1 illustrerer en utførelsesform av en verktøystreng for bruk i et borehull;
fig. 2 er et skjematisk diagram over en eksploderende folieinitiator-utløsningskrets (EFI-utløsningskrets) i samsvar med en utførelsesform som kan benyttes i verktøystrengen på fig. 1;
fig. 3 illustrerer en utførelsesform av en bryter som innbefatter en mikro-elektromagnetisk stift;
fig. 4A-4B illustrerer en annen utførelsesform av en bryter som har en elektrode forbundet med et sprøtt element;
fig. 5 illustrerer nok en annen utførelsesform av en bryter som har parallelle plater og et dielektrisk lag som kan bryes ned som reaksjon på en påtrykt elektrisk strøm;
fig. 6 illustrerer en ytterligere utførelsesform av en bryter som innbefatter et bistabilt element;
fig. 7A-7D illustrerer nok en ytterligere utførelsesform av en bryter som innbefatter et kammer inneholdende en dielektrisk gass; og
fig. 8 illustrerer en annen utførelsesform av en bryter som innbefatter en bevegelig elektrode.
I den følgende beskrivelse blir det fremført mange detaljer for å gi en forstå-else av forliggende oppfinnelse. Fagkyndige på området vil imidlertid forstå at foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljene, og at mange varianter eller modifikasjoner av den beskrevne utførelsesform kan være mulige. Selv om det f.eks. refereres til brytere benyttet til å aktivere eksploderende folieinitiato-rer (EFI-er), kan andre utførelsesformer innbefatte brytere som benyttes til å aktivere andre komponenter.
Som brukt her indikerer uttrykkene "opp" og "ned"; "øvre" og "nedre"; "oppover" og "nedover"; "over" og "under"; og andre lignende uttrykk relative posisjoner over eller under et gitt punkt eller element i beskrivelsen for mer nøyaktig å be-skrive visse utførelsesformer av oppfinnelsen. Anvendt på utstyr og fremgangsmå-ter for bruk i brønner som er avvikende eller horisontale, eller når slikt utstyr har en avvikende eller horisontal orientering, kan imidlertid disse uttrykkene referere til en relasjon fra venstre til høyre, fra høyre til venstre eller andre relasjoner.
Det vises til fig. 1 hvor et nedhullsverktøy 10, som kan innbefatte en perfo-reringskanon 15 som ett eksempel, er senket ned gjennom en rørledning 7 anordnet i en brønn 8 som er f6ret med et foringsrør 9. En pakning 6 er innsatt mellom rørledningen 7 og foringsrøret 9 for å isolere rørlednings/foringsrør-ringrommet. Nedhullsverktøyet 10 blir ført på en bærer 12 som kan være en kabel, en glattka-bel, en rørledning eller en annen bærer. Visse typer bærere 12 (slik som kabler) kan innbefatte én eller flere elektriske ledere 13 som kraft og signaler kan kom-muniseres over til nedhullsverktøyet 10. Perforeringskanonen 15 som er vist på fig. 1, innbefatter et antall formede ladninger 20.1 én utførelsesform kan slike formede ladninger 20 detoneres ved bruk av tennanordninger 22 som blir aktivert av en kommando utstedt fra brønnoverflaten, som kan være i form av elektriske signaler sendt over én eller flere elektriske ledere 13 i bæreren 12. Alternativt kan kommandoen være i form av trykkpulskommandoer eller hydrauliske komman-doer. Tennanordningene 22 kan aktiveres elektrisk av signaler kommunisert over én eller flere elektriske ledninger 24.
Andre utførelsesformer av nedhullsverktøyet 10 kan innbefatte pakninger, ventiler, plugger, skjæreanordninger, eller andre innretninger. I disse og andre ut-førelsesformer kan således kommandoen som utstedes fra brønnoverflaten, aktivere styremoduler for å sette pakninger, å åpne og lukke ventiler eller å aktivere eller frigjøre andre innretninger. For å aktivere en innretning i nedhullsverktøyet 10 kan det være anordnet brytere for å tilkople et elektrisk signal eller elektrisk kraft til innretningen. For f.eks. å utløse en sprengladning, kan tennanordningen 22 innbefatte en bryter og en eksploderende folieinitiator-krets (EFI-krets).
I samsvar med visse utførelsesformer kan bryterne innbefatte mikroelektromekaniske elementer som kan være basert på mikroelektromekanikksystemtekno-logi (MEMS-teknologi). MEMS-elementer innbefatter mekaniske elementer som kan beveges av en inngangsenergi (elektrisk energi eller andre typer energi). MEMS-brytere kan være utformet med mikrofremstillingsteknikker som kan innbefatte mikromaskinering på et halvledersubstrat (f.eks. silisiumsubstrat). I mikroma-skineringsprosessen kan forskjellige etse- og mønster-trinn benyttes til å forme de ønskede mikromekaniske deler. Noen fordeler ved MEMS-elementer er at de opp-tar lite rom, krever forholdsvis liten kraft og er forholdsvis robuste, og de kan være forholdsvis billige.
Brytere i henhold til andre utførelsesformer kan være laget med mikroelektronikk-teknikker i likhet med de som benyttes til å fremstille integrerte kretsanord-ninger. Som brukt her kan brytere laget med MEMS eller annen mikroelektronikk-teknologi generelt kalles "mikrobrytere". Elementer i slike mikrobrytere kan kalles "mikroelementer", som generelt er elementer utformet ved hjelp av MEMS eller mikroelektronikk-teknologi. Generelt kan brytere eller anordninger implementert med MEMS-teknologi kalles "mikroelektromekaniske brytere".
I én utførelsesform kan mikrobrytere være integrert i andre komponenter, slik som EFI-kretser for å utløse sprengladninger. Integrerte komponenter kan være innbefattet i små pakker, som muliggjør mer effektiv plassutnyttelse i et borehull. Komponenter blir her kalt "integrerte" hvis de er utformet på en felles bærestruktur anordnet i en pakke med forholdsvis liten størrelse, eller på annen måte er sammenstilt nær hverandre. En mikrobryter kan f.eks. være fremstilt på samme bærestruktur som EFI-kretsen for å gi en mer effektiv bryter på grunn av lavere effektiv serieresistans (ESR) og effektiv serieinduktans (ESL). Mikrobryteren kan også være utformet på et felles substrat med andre komponenter.
Det vises til fig. 2 hvor en kondensator-utladningsenhet (CDU) i henhold til én utførelsesform omfatter en kondensator 202 som kan lades til et utløsnings-spenningsnivå. Kondensatoren 202 utgjør en lokal energikilde for å tilveiebringe aktiveringsenergi. Kondensatoren 202 er koplet til en mikrobryter 204 som kan aktiveres til lukning ved hjelp av en utløsningsspenning Vagger eller utløsnings-strøm Itrigger- Når bryteren 204 lukkes, blir aktiveringsenergi koplet til en EFI-krets 206 for å aktivere EFI-en 206.
En EFI-krets innbefatter vanligvis en metallfolie koplet til en kilde for elektrisk strøm, slik som kondensatoren 202. Et redusert halsparti som har meget smal bredde, er utformet i folien, med et isolasjonslag anbrakt over en del av folien som innbefatter halspartiet. Når høy strøm leveres gjennom halspartiet i folien, eksploderer eller fordamper halspartiet. Dette gjør at et lite innlegg skjærer fra iso-latorlaget som forplanter seg gjennom en barriere for å treffe en sprengladning som innleder en detonasjon.
I det følgende beskrives forskjellige utførelsesformer av mikrobrytere. Slike mikrobrytere er nyttige i CDU-en på fig. 2, eller de kan alternativt brukes til å kople elektrisk energi til andre nedhullskomponenter.
Det vises til fig. 3 hvor en MEMS-bryter 300 i henhold til oppfinnelsen kan aktiveres av en MEMS-stift 302.1 denne utførelsesformen erstatter MEMS-stiften 302 tegnestiftaktivatoren som benyttes i visse konvensjonelle tegnestiftbrytere. Bryteren 300 innbefatter øvre og nedre lederlag 304 og 308 som ligger på hver sin side av isolasjonslag 306. Lederne 304 og 308 kan hver være laget av metall eller et annet egnet ledende materiale. Isolasjonslaget 306 kan innbefatte et polyimid-lag, som et eksempel. MEMS-stiften 302 kan være anbrakt på det øvre lederlag 304. Når den aktiveres, f.eks. ved en påtrykket triggerspenning eller utløsnings-spenning Vagger med en forutbestemt amplitude, frigjør en drivanordning 303 MEMS-stiften 302 slik at den beveger seg gjennom lagene 304 og 306 og kommer i kontakt med det nedre lederlag 308. Dette kopler de øvre og nedre ledere 304 og 306 elektrisk sammen for aktivere bryteren 300. Det elektrisk ledende lag 304 kan således drives til en drivspenning Vdnve. mens det elektrisk ledende lag 308 er koplet til den komponent som skal aktiveres (f.eks. EFI-kretsen 206 på fig. 2).
I én utførelsesform kan en på forhånd utformet boring 307 allerede være til stede i lagene 304 og 306 gjennom hvilke MEMS-stiften 302 skal bevege seg. I en annen utførelsesform kan MEMS-stiften 302 ha en skarp spiss som drives gjennom lagene 304 og 306 for å nå laget 308.
I ett arrangement innbefatter drivanordningen 303 bevegelige bæreelemen-ter 315 som bærer stiften 302 ved et utvidet flensparti 312. Bæreelementene 315 gjør det mulig, når de trekkes tilbake fra stiftflenspartiet 312, stiften 302 å falle ned i boringen 307. Bæreelementene 315 kan beveges radialt ved hjelp av en MEMS-tannhjulsmekanisme 303. Når elektrisk energi blir tilført trekker MEMS-tannhjuls-mekanismen 303 bæreelementene 315 radialt tilbake fra stiften 302 for å få den til å falle ned i boringen 307 for elektrisk å sammenkople lederne 304 og 308.1 et alternativt arrangement kan en MEMS-tannhjulsmekanisme 303, istedenfor å trekke tilbake understøttelsen fra stiften 302, anvendes til å drive stiften 302 inn i boringen 307.
Den lagdelte struktur som utgjør mikrobryteren 300, kan være utformet på et substrat 310 som kan være en halvleder, en isolator eller et annet substrat. I ett eksempel kan substratet 310 være et silisiumsubstrat. Det ledende lag 308 blir først avsatt på substratet 310, fulgt av isolasjonslaget 306 og det neste lederlag 304. Boringen 307 kan være utformet ved hjelp av en anisotrop etsing gjennom lagene 304 og 306. MEMS-strukturen som innbefatter stiften 302 og drivanordningen 303, kan så utformes på toppen av lederlaget 304 over boringen 307.
Det vises nå til fig. 4A-4B i henhold tii en annen utførelsesform, hvor en mikrobryter 500 omfatter et første substrat 502 og et annet substrat 504. Det før-ste substrat 502 og de lag som er dannet over dette, er vist opp-ned på fig. 4A-4B. Ved utforming av mikrobryteren 500 blir de substratene 502 og 504 mønsterbelagt uavhengig med ett vippet opp-ned for å vende mot det andre.
Et isolasjonslag 506 (f.eks. et nitrit- eller SxNrlag) blir dannet over en over-flate på substratet 502. En ledende linje 510 (f.eks. et metallag som innbefatter aluminium, nikkel, gull, kobber, wolfram og titan) blir dannet på isolasjonslaget 506. Et antall forbindelser 516, hver laget av et haMedermateriale slik som dopet silisium av valgt resistivitet, kan så utformes på substratet 502 for å understøtte en ledende plate 514, som kan være laget et metall slik som aluminium, nikkel, gull, kobber, wolfram og titan. Forbindelsene 516 er forbundet med en ledende plate 514 ved kontaktpunktene mellom forbindelsene 516 og platen 514. Forbindelsene 516 desintegrerer når de eksponeres for en forholdsvis stor elektrisk strøm, eller brytes på annen måte for å tillate den ledende plate 514 å falle gjennom gapet 514 i kontakt med et ledende lag 512 utformet over substratet 504. Forbindelsene 514 er således i virkeligheten skjøre elementer som brytes i stykker som reaksjon på påtrykning av en elektrisk spenning eller strøm.
Som vist på fig. 4B har forbindelsesplaten 514 et bøyd parti 517 som gjør det mulig å kople den til en bindingspute 519 dannet over substratet 502. Bind-ingsputen 519 kan være i kontakt med en blyfinger, som f.eks. tilveiebringer en drivspenning Vdrive til den ledende plate 514 som er forsynt med forbindelser. Forbindelsene 516 er i kontakt med den ledende linje 510 som igjen kan være i kontakt med en annen bindingspute 521 som mottar en utløsningsstrøm lagger-Under drift blir den ledende plate 514 drevet til en drivspenning Vdrtve. Når mikrobryteren 500 skal lukkes (eller aktiveres), blir en triggerstrøm l^ga- påført gjennom den ledende linje 510, som bryter eller desintegrerer i det minste en del av forbindelsene 516. Dette gjør det mulig for den ledende plate 514 (som er ved drivspenningen Vdrive) å falle ned og danne kontakt med det ledende lag 512, for derved å drive spenningen V0 til drivspenningen Vdrive- Det ledende lag 512 (og spenningen V0) kan være koplet til en innretning som skal aktiveres, slik som EFI-kretsen 206 på fig. 2.
Det vises nå til fig. 5 hvor nok en annen utførelsesform av en mikrobryter 600 omfatter to parallelle plater 602 og 604 med et dielektrisk lag 610 mellom de parallelle platene. De dielektriske egenskapene til det dielektriske laget 610 kan moduleres ved hjelp av elektrisk energi i form av en triggerspenning eller -strøm for å tilveiebringe en ledende bane mellom de to ledende platene 602 og 604. En ledende linje 606 kan være utformet over den ledende plate 604, med et isolasjonslag 607 mellom linjen 606 og den ledende plate 604. Det dielektriske lag 610 som atskiller de ledende plater 602 og 604, kan være et dielektrisk faststoff, en væske eller en gass. Linjen 606 forårsaker, når den forsynes med en triggerstrøm, at det dielektriske lag 610 brytes ned og tilveiebringer en ledende bane mellom de ledende platene 602 og 604.
Under drift blir en drivspenning Vdnve påtrykket den ledende plate 602 med den ledende plate 604 koplet til en innretning som skal aktiveres. Når utløsnings-strømmen eller triggerstrømmen logoer blir påført linjen 606, brytes det dielektriske lag 610 ned og spenningen Vdnve blir ledet gjennom den ledende bane fra den ledende plate 602 til platen 604 for å heve spenningen V0 til drivspenningen Vdrive.
Det vises nå til fig. 6 hvor en mikrobryter 700 i henhold til en annen utførel-sesform innbefatter en bistabil mikroelektromekanisk bryter 700. Bryteren 700 innbefatter en kontaktplate 706 som blir holdt i en nøytral stilling (dvs. en inaktiv stilling) når en drivspenning Vdrive blir påtrykket. Kontaktplaten 706 er posisjonert hov-edsakelig midtveis i planet mellom platene 702 og 704. Platene 702 og 704 blir hver drevet til Vdnve for å opprettholde kontaktplaten 706 i dens nøytrale stilling. Når aktivering av mikrobryteren 700 er ønsket, blir en triggerspenning Vagger til-føyet den ene av platene 702 og 704 for å øke spenningen til Vdrive + VWg9er. Dette skaper en elektrostatisk kraft som frembringer en ubalanse i bryteren og som beveger platen 706 i kontakt med platen 704. Kontaktplaten 706 er ved sin basis-ende festet til en bæresøyle 710.1 én utførelsesform er kontaktplaten 706 og bæresøylen utformet i ett stykke av metall for å tilveiebringe en utligger. Utliggeren er innrettet for å bøye seg ved påtrykning av en elektrisk kraft. Når utliggerplaten 706 kommer i kontakt med platen 704, blir spenningen Vdnve + Vagger kommunisert til utliggerplaten 706.
Det vises nå til fig. 7A-7D hvor en annen utførelsesform av en mikrobryter 800 er illustrert. Fig. 7A er et utspilt sideriss av mikrobryteren 800 omfattende et toppsubstrat 802 og et bunnsubstrat 804. Strukturer kan være utformet på hvert av substratene 802 og 804. Fig. 7B viser et toppriss av bunnsubstratet 804, og fig. 7C viser et bunnriss av toppsubstratet 802. En ledende plate 806 og et øvre dielektrisk lag 810 er avsatt på toppsubstratet 802. En nedre ledende plate 808 er dannet over bunnsubstratet 804, og et nedre dielektrisk lag 810 er utformet over den nedre ledende plate 808.1 tillegg er en utløsningselektrode 814 utformet over det dielektriske lag 812.
Som vist på fig. 7C har det dielektriske lag 810 et bortskåret parti for å danne et vindu som eksponerer den øvre ledende plate 806. Som vist på fig. 7B har likeledes det dielektriske lag 812 et bortskåret parti for å danne et vindu som eksponerer den nedre ledende plate 808.
Som vist på fig. 7A er det øvre substrat 802 vippet til en opp-ned-stilling. Når de øvre og nedre substrater 802 og 804 og festestrukturer blir brakt i kontakt med hverandre, blir den struktur som er vist på fig. 7D, oppnådd. Fremstillingen av strukturen kan utføres i et kammer fylt med inert gass (f.eks. argon) slik at gapet 816 som dannes som et resultat av å bringe de to substratene 802 og 804 sammen, også blir fylt med den inerte gassen. Alternativt kan gapet 816 være fylt med et annet dielektrisk element, slik som en væske eller et fast dielektrikum. Det dielektriske materiale blir valgt for å brytes ned ved påtrykning av et forutbestemt spennings- eller strøm-utløsningssignal.
Under drift blir en triggerspenning påtrykket utløsningslederplaten 814 som bryter ned isolasjonen i gapet 816 for å tilveiebringe en ledende bane mellom den øvre ledende plate 806 og den nedre ledende plate 808, for derved å lukke mikrobryteren 800.
Det vises så til fig. 8 hvor en MEMS-bryter 400 i henhold til oppfinnelsen kan innbefatte elektriske kontakter 404,406,408 og 410 atskilt med gap 420 og 422. Kontaktene 404 og 406 er elektrisk koplet tii linjer, henholdsvis 416 og 418, som henholdsvis avsluttes ved elektroder 412 og 414. Elektrodene 412 og 414 kan være i elektrisk kontakt med tilsvarende komponenter, slik som til en energikilde og en innretning som skal aktiveres av energikilden. Kontaktene 404 og 406 er skråstilt for å ligge an mot henholdsvis kontaktene 408 og 410 når kontaktene 408 og 410 blir beveget oppover av et drivorgan 402. Drivorganene 402 kan beveges ved påtrykning av en triggerspenning, f.eks. Når kontaktene 404,406,408 og 410 er i kontakt med hverandre, er det opprettet en elektrisk ledende bane mellom elektrodene 412 og 414. Bevegelse av drivorganet 402 kan tilveiebringes ved å bruke MEMS-tannhjul (ikke vist).
Kontaktene 404,406,408 og 410 kan være laget av metall eller et annet elektrisk ledende materiale. Bryteren 400 kan være utformet i et halvledersubstrat, slik som silisium.
De forskjellige beskrevne brytere kan med fordel innbefatte følgende. Generelt kan bryterne være realisert i forholdsvis små sammenstillinger, som forbedrer bryternes effektivitet på grunn av redusert resistans og induktans. Videre kan noen av bryterne være integrert i andre innretninger, slik som EFI-kretser, for å danne en totalpakke med redusert størrelse. Påliteligheten og sikkerheten til bryterne blir forbedret siden sprengladninger eller mekanisk aktivering som brukes i visse konvensjonelle brytere, blir unngått.
Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til et begrenset antall utførelsesformer, vil fagfolk på området lett kunne finne mange modifikasjoner og varianter. Det er ment at de vedføyde patentkrav skal dekke alle slike modifikasjoner og varianter som faller innenfor oppfinnelsens ramme. For eksempel kan andre kretskonfigurasjoner som benytter mikroelementer, benyttes.

Claims (9)

1. Anordning for bruk i et nedhullsverktøy (10) omfattende: en nedhullskomponent (22, 206): og en bryter (300, 500,600, 800) som innbefatter ledere og en mikroelektromekanisk anordning innrettet for elektrisk å forbinde lederne når den aktiveres, for å frembringe elektrisk energi til nedhullskomponenten, karakterisert ved at den mikroelektromekaniske anordning omfatter minst en av følgende: et sprøtt element (516), der det sprøe elementet er innrettet for å bli brutt i stykker som reaksjon på tilførsel av elektrisk energi, et kammer (816) som inneholder en dielektrisk gass og/eller væske anbrakt mellom lederne, der den dielektriske gassen og/eller væsken bryter sammen ved tilførsel av elektrisk energi for derved å danne en ledende bane mellom kompo-nentene, og en sammenstilling omfattende en bevegbar drivanordning (302), et bære-element (315) for å holde drivanordningen, og en tannhjulsmekanisme (303) innrettet for å frigjøre bæreelementet fra drivanordningen for å bevirke til bevegelse av drivanordningen.
2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at én av lederne er festet til det sprøe element (516), idet den ene leder er innrettet for å bevege seg når det sprøe elementet brytes i stykker, for å komme i kontakt med én av lederne.
3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at det sprøe elementet (516) omfatter en tjoring dannet over en bærestruktur, idet anordningen videre omfatter en elektrisk linje (510) utformet over bærestrukturen og i elektrisk kontakt med tjoringen.
4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved minst én annen tjoring (516).
5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den dielektriske gass innbefatter en inert gass.
6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at nedhullskomponenten (22,206) innbefatter en eksploderende folieinitiatorkrets.
7. Bryter (300, 500, 600, 800) for bruk i et nedhullsverktøy (10), omfattende en første leder ved en første spenning; en annen leder for tilkopling til en anordning (22,206) i nedhullsverktøyet; og et mikroelement mellom den første og den annen leder, karakterisert ved at mikroelementet omfatter minst en av følgende: et sprøtt element (516), der det sprøe elementet er innrettet for å bli brutt i stykker som reaksjon på tilførsel av elektrisk energi, et kammer (816) som inneholder en dielektrisk gass og/eller væske anbrakt mellom lederne, der den dielektriske gassen og/eller væsken bryter sammen ved tilførsel av elektrisk energi for derved å danne en ledende bane mellom kompo-nentene, og en sammenstilling omfattende en bevegbar drivanordning (302), et bære-element (315) for å holde drivanordningen, og en tannhjulsmekanisme (303) innrettet for å frigjøre bæreelementet fra drivanordningen for å bevirke til bevegelse av drivanordningen.
8. Bryter ifølge krav 7, karakterisert ved at den dielektriske gass omfatter en inert gass.
9. Fremgangsmåte for fremstilling av en bryter (300, 500,600,800) for bruk i et nedhullsverktøy (10), omfattende de trinn: å danne en første leder og en annen leden og å utforme et mikroelektromekanisk element mellom den første og den annen leder, idet det mikroelektromekaniske element har en inaktiv tilstand for elektrisk å isolere de første og andre ledere fra hverandre, og en aktiv tilstand for elektrisk å sammenkople den første og den annen leder, karakterisert ved at det mikroelektromekaniske elementet omfatter minst en av følgende: et sprøtt element (516), der det sprøe elementet er innrettet for å bli brutt i stykker som reaksjon på tilførsel av elektrisk energi, et kammer (816) som inneholder en dielektrisk gass og/eller væske anbrakt mellom lederne, der den dielektriske gassen og/eller væsken bryter sammen ved tilførsel av elektrisk energi for derved å danne en ledende bane mellom kompo-nentene, og en sammenstilling omfattende en bevegbar drivanordning (302), et bære-element (315) for å holde drivanordningen, og en tannhjulsmekanisme (303) innrettet for å frigjøre bæreelementet fra drivanordningen for å bevirke til bevegelse av drivanordningen.
NO20014282A 2000-09-05 2001-09-04 Mikrosvitsjer for nedhulls-anvendelse NO319947B1 (no)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23007700P 2000-09-05 2000-09-05
US09/946,249 US7116542B2 (en) 1999-09-23 2001-09-05 Micro-switches for downhole use

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20014282D0 NO20014282D0 (no) 2001-09-04
NO20014282L NO20014282L (no) 2002-03-06
NO319947B1 true NO319947B1 (no) 2005-10-03

Family

ID=26923900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20014282A NO319947B1 (no) 2000-09-05 2001-09-04 Mikrosvitsjer for nedhulls-anvendelse

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7116542B2 (no)
NO (1) NO319947B1 (no)

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7336474B2 (en) * 1999-09-23 2008-02-26 Schlumberger Technology Corporation Microelectromechanical devices
GB2395502B (en) * 2002-11-22 2004-10-20 Schlumberger Holdings Providing electrical isolation for a downhole device
US7874250B2 (en) * 2005-02-09 2011-01-25 Schlumberger Technology Corporation Nano-based devices for use in a wellbore
US7392697B2 (en) * 2005-09-19 2008-07-01 Schlumberger Technology Corporation Apparatus for downhole fluids analysis utilizing micro electro mechanical system (MEMS) or other sensors
US7629604B2 (en) * 2005-11-10 2009-12-08 Schlumberger Technology Corporation Nano-based device and method
US7789153B2 (en) * 2006-10-26 2010-09-07 Alliant Techsystems, Inc. Methods and apparatuses for electronic time delay and systems including same
US8002026B2 (en) * 2006-10-26 2011-08-23 Alliant Techsystems Inc. Methods and apparatuses for electronic time delay and systems including same
US8291975B2 (en) * 2007-04-02 2012-10-23 Halliburton Energy Services Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US8162050B2 (en) * 2007-04-02 2012-04-24 Halliburton Energy Services Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US9494032B2 (en) 2007-04-02 2016-11-15 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and apparatus for evaluating downhole conditions with RFID MEMS sensors
US9732584B2 (en) 2007-04-02 2017-08-15 Halliburton Energy Services, Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US10358914B2 (en) 2007-04-02 2019-07-23 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and systems for detecting RFID tags in a borehole environment
US8302686B2 (en) * 2007-04-02 2012-11-06 Halliburton Energy Services Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US9879519B2 (en) 2007-04-02 2018-01-30 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and apparatus for evaluating downhole conditions through fluid sensing
US9200500B2 (en) 2007-04-02 2015-12-01 Halliburton Energy Services, Inc. Use of sensors coated with elastomer for subterranean operations
US9822631B2 (en) 2007-04-02 2017-11-21 Halliburton Energy Services, Inc. Monitoring downhole parameters using MEMS
US8316936B2 (en) * 2007-04-02 2012-11-27 Halliburton Energy Services Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US9194207B2 (en) 2007-04-02 2015-11-24 Halliburton Energy Services, Inc. Surface wellbore operating equipment utilizing MEMS sensors
US8297352B2 (en) * 2007-04-02 2012-10-30 Halliburton Energy Services, Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US8297353B2 (en) * 2007-04-02 2012-10-30 Halliburton Energy Services, Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US8342242B2 (en) * 2007-04-02 2013-01-01 Halliburton Energy Services, Inc. Use of micro-electro-mechanical systems MEMS in well treatments
US7712527B2 (en) * 2007-04-02 2010-05-11 Halliburton Energy Services, Inc. Use of micro-electro-mechanical systems (MEMS) in well treatments
US20090033516A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 Schlumberger Technology Corporation Instrumented wellbore tools and methods
US8056632B2 (en) * 2007-12-21 2011-11-15 Schlumberger Technology Corporation Downhole initiator for an explosive end device
JP2009194291A (ja) * 2008-02-18 2009-08-27 Toshiba Corp アクチュエータ
WO2012106636A2 (en) 2011-02-03 2012-08-09 Baker Hughes Incorporated Device for verifying detonator connection
US9685890B2 (en) 2011-04-27 2017-06-20 Chevron U.S.A. Inc. Flow induced electrostatic power generator for tubular segments
AU2012250159A1 (en) * 2011-04-27 2013-11-07 Chevron U.S.A. Inc. Flow-induced electrostatic power generator for downhole use in oil and gas wells
US8511373B2 (en) * 2011-04-27 2013-08-20 Chevron U.S.A. Inc. Flow-induced electrostatic power generator for downhole use in oil and gas wells
US9556712B2 (en) 2011-04-27 2017-01-31 Chevron U.S.A., Inc. Flow induced electrostatic power generator for tubular segments
US9903695B1 (en) 2012-02-06 2018-02-27 Schlumberger Technology Corporation Method and device for initiating an explosive train
US9608627B2 (en) * 2013-01-24 2017-03-28 Halliburton Energy Services Well tool having optical triggering device for controlling electrical power delivery
US9752414B2 (en) 2013-05-31 2017-09-05 Halliburton Energy Services, Inc. Wellbore servicing tools, systems and methods utilizing downhole wireless switches
US20150075770A1 (en) 2013-05-31 2015-03-19 Michael Linley Fripp Wireless activation of wellbore tools
NO340917B1 (no) * 2013-07-08 2017-07-10 Sensor Developments As System og fremgangsmåte for in-situ bestemmelse av et brønnformasjonstrykk gjennom et sementlag
US10557693B2 (en) * 2014-08-29 2020-02-11 Hunting Titan, Inc. High voltage explosive assembly for downhole detonations
WO2016085465A1 (en) 2014-11-25 2016-06-02 Halliburton Energy Services, Inc. Wireless activation of wellbore tools
US9500448B1 (en) * 2015-06-09 2016-11-22 Reynolds Systems, Inc. Bursting switch
US11067369B2 (en) 2015-12-18 2021-07-20 Schlumberger Technology Corporation RF attenuating switch for use with explosives and method of using the same
GB2544247B (en) 2016-09-26 2018-01-31 Guardian Global Tech Limited Downhole firing tool
WO2019147294A1 (en) 2018-01-23 2019-08-01 Geodynamics, Inc. Addressable switch assembly for wellbore systems and method
US11078763B2 (en) 2018-08-10 2021-08-03 Gr Energy Services Management, Lp Downhole perforating tool with integrated detonation assembly and method of using same
US11994008B2 (en) 2018-08-10 2024-05-28 Gr Energy Services Management, Lp Loaded perforating gun with plunging charge assembly and method of using same
US10858919B2 (en) 2018-08-10 2020-12-08 Gr Energy Services Management, Lp Quick-locking detonation assembly of a downhole perforating tool and method of using same
US11268376B1 (en) * 2019-03-27 2022-03-08 Acuity Technical Designs, LLC Downhole safety switch and communication protocol
US11619119B1 (en) 2020-04-10 2023-04-04 Integrated Solutions, Inc. Downhole gun tube extension

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2072199C (en) 1991-06-24 1997-11-11 Fumihiro Kasano Electrostatic relay
US5249095A (en) * 1992-08-27 1993-09-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Laser initiated dielectric breakdown switch
US5355959A (en) * 1992-09-22 1994-10-18 Halliburton Company Differential pressure operated circulating and deflation valve
US5505134A (en) 1993-09-01 1996-04-09 Schlumberger Technical Corporation Perforating gun having a plurality of charges including a corresponding plurality of exploding foil or exploding bridgewire initiator apparatus responsive to a pulse of current for simultaneously detonating the plurality of charges
US5700969A (en) * 1995-05-10 1997-12-23 Titan Specialties, Inc. Underground jet perforating using resistive blasting caps
US5833490A (en) * 1995-10-06 1998-11-10 Pes, Inc. High pressure instrument wire connector
US5638946A (en) * 1996-01-11 1997-06-17 Northeastern University Micromechanical switch with insulated switch contact
US5909078A (en) * 1996-12-16 1999-06-01 Mcnc Thermal arched beam microelectromechanical actuators
US5769160A (en) * 1997-01-13 1998-06-23 Pes, Inc. Multi-functional downhole cable system
US5731538A (en) * 1997-02-19 1998-03-24 The Regents Of The University Of California Method and system for making integrated solid-state fire-sets and detonators
US6100477A (en) * 1998-07-17 2000-08-08 Texas Instruments Incorporated Recessed etch RF micro-electro-mechanical switch
AU2342300A (en) 1998-09-24 2000-05-01 Schlumberger Technology Corporation Initiation of explosive devices
AU6178400A (en) 1999-12-13 2001-06-18 Memlink Ltd. Switching device and method of fabricating the same
AU2001268742A1 (en) 2000-06-28 2002-01-08 The Regents Of The University Of California Capacitive microelectromechanical switches
JP2004508051A (ja) 2000-09-08 2004-03-18 ディーエスエム エヌ.ブイ. エナンチオマーに富むアミンの製造法

Also Published As

Publication number Publication date
US20020048135A1 (en) 2002-04-25
US7116542B2 (en) 2006-10-03
US20050145393A1 (en) 2005-07-07
NO20014282L (no) 2002-03-06
NO20014282D0 (no) 2001-09-04
US7505244B2 (en) 2009-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO319947B1 (no) Mikrosvitsjer for nedhulls-anvendelse
US6385031B1 (en) Switches for use in tools
CA2496860C (en) Microelectromechanical devices
RU2320858C2 (ru) Устройство с нанодиодом и нанопереключателем для использования в стволе скважины и способ его работы
CA2880368C (en) Integrated detonators for use with explosive devices
US6752083B1 (en) Detonators for use with explosive devices
CA2356793C (en) Micro-switches for downhole use
KR102654319B1 (ko) Rf 스위치의 레그와 앵커에서의 전류 처리
GB2379684A (en) Micro-switches for downhole use
CA2536119A1 (en) Micro-switches for downhole use
CN104168007B (zh) 一种由常通向常断状态转换固态电子开关及其制备方法
NO331844B1 (no) Detonatorsammenstilling, samt fremgangsmate for bruk i et borehull

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees