NO321311B1 - Detonatorer til bruk med eksplosive anordninger - Google Patents

Description

Bakgrunn

Oppfinnelsen vedrører detonatorer for bruk med eksplosjonsanordninger.

Eksplosjonsanordninger som f.eks. formede ladninger i perforerings-apparater anvendes vanligvis i en brønn for å skape åpninger i en forings-rørseksjon og å utstrekke perforasjoner i en omgivende formasjon for å tillate kommunikasjon av fluider mellom formasjonen og brønnoverflaten. Eksplosiver kan også anvendes for å aktivere nedihullsverktøy, som f.eks. pakninger. Andre typer av eksplosjonsanordninger inkluderer dem som anvendes ved gruvedrift-operasjoner og andre overflateanvendelser.

Detonatorer anvendt med eksplosjonsverktøy er av to generelle typer, elektrisk type og perkusjonstype. En elektrisk detonator kan også refereres til som en elektroeksplosiv anordning (EED), som kan inkludere varmtråddetona-torer, halvlederbro (SCB) detonatorer, eller eksploderende folieinitiator (EFI-) detonatorer.

En EF-detonator inkluderer en elektrisk ledende metallfolie forbundet til en strømkilde. Metallfolien inkluderer en smal halsseksjon som eksploderer eller fordamper når en høy strømstyrke utlades hurtig gjennom halsseksjonen. Den eksploderende halsseksjon av folien kutter av en liten flygerstift fra en skive som er anbrakt i kontakt med folien. Flygeren beveger seg eller flyr gjennom en flens for å slå an mot et sekundært eksplosiv for å initiere en detonasjon.

En konvensjonell EFI-detonator inkluderer typisk en kondensatorutladningsenhet av forholdsvis stor størrelse, som fører til økte størrelser for husdeler i nedihullsverktøy for å romme slike detonatorer. Videre, på grunn av deres forholdsvis store størrelser er effektiviteten av konvensjonelle EFI-detonatorer nedsatt på grunn av økt motstand og induksjon i elektriske baner i detonatorene. Som et resultat kan det være nødvendig med høyere spenninger og effekt for aktivering av slike detonatorer. Det har derfor fremdeles foreligget et behov for forbedrede EFI-detonatorer.

Oppsummering

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en detonatorsammenstilling for anvendelse med en eksplosjonsanordning ifølge det selvstendige krav 1. Foretrukne utførelsesformer av detonatorsammenstillingen er utdypet i kravene 2 til og med 21.

Målene med oppfinnelsen oppnås også ved en detonatorsammenstilling for anvendelse med et eksplosivt verktøy ifølge det selvstendige krav 22. Foretrukne utførelsesformer av detonatorsammenstillingen er utdypet i kravene 23 og 24.

Målene oppnås videre ved et nedihullsverktøy for anvendelse i en brønn ifølge det selvstendige krav 25. Foretrukne utførelsesformer av nedihulls-verktøyet er videre utdypet i kravene 26 til og med 28.

Målene oppnås videre en detonatorsammenstilling som kan aktiveres av signaler i en eller flere elektriske ledningstråder ifølge det selvstendige krav 21. Foretrukne utførelsesformer er utdypet i kravene 30 til og med 33.

Målene oppnås også ved apparat for å initiere en eksplosjonsanordning ifølge det selvstendige krav 34. En foretrukket utførelsesform av apparat er utdypet i krav 35.

Videre oppnås målene ved en detonatorsammenstilling ifølge det selvstendige krav 36. En foretrukket utførelsesform av detonatorsammenstillingen er videre utdypet i krav 37.

Til slutt oppnås målene ved en fremgangsmåte for fremstilling av en detonatorsammenstilling ifølge det selvstendige krav 38. Foretrukne utførelses-former av fremgangsmåten er utdypet i kravene 39, 40 og 41.

Andre trekk og utførelsesformer vil fremgå av den følgende beskrivelse, tegninger og patentkravene.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 illustrerer et nedihullsverktøy som inkluderer et perforeringsapparatstreng med en detonatorsammenstilling ifølge en utførelsesform. Fig. 2 og 3 illustrerer en multiplikator og kondensatorutladningsenhet (CDU) i detonatorsammenstillingen i fig. 1. Fig. 4 illustrerer en eksploderende folieinitiator (EFI) krets ifølge en utførelsesform i CDU i fig. 2. Fig. 4B illustrerer en tverrsnittstegning av en del av detonatorsammenstillingen.

Fig. 5 er et tverrsnittsdiagram av detonatorsammenstillingen i fig. 1.

Fig. 6 er et riss av detonatorsammenstillingen i fig. 1 med delene vist rykket fra hverandre.

Fig. 7 er et perspektivriss av detonatorsammenstillingen i fig. 1.

Fig. 8 illustrerer en kontrollanordning for bruk med detonatorsammenstillingen i fig. 1. Fig. 9 er et elektrisk koplingsskjema av en del av detonatorsammenstillingen i fig. 1. Fig. 10-12 illustrerer en detonatorsammenstilling ifølge en ytterligere utførelsesform. Fig. 13 illustrerer en initiatoranordning som inkluderer en EF-krets integrert med en bryter for bruk i CDU i fig. 2.

Detaljert beskrivelse

I den følgende beskrivelse er tallrike detaljer angitt for å tilveiebringe en forståelse av den foreliggende oppfinnelse. Det skal imidlertid forstås av de fagkyndige at den foreliggende oppfinnelse kan utøves uten disse detaljer og at tallrike variasjoner og modifikasjoner av de beskrevne utførelsesformer kan være mulig. F.eks., selv om det refereres til detonatorer ifølge noen ut-førelsesformer for bruk med eksplosjonsanordninger som f.eks. formede ladninger i et perforeringsapparatstreng, kan detonatorer også anvendes med andre typer av eksplosjonsanordninger (f.eks. slike anordninger i andre typer av nedihullsverktøy eller verktøy anvendt ved gruvedriftsoperasjoner og andre anvendelser) i ytterligere utførelsesformer.

Med henvisning til fig. 1 inkluderer en utførelsesform av et nedihulls-verktøy 8 en perforerende streng med et perforeringsapparat 20 og et tenningshode 18.1 en utførelsesform kan den perforerende streng 8 være knyttet til enden av en elektrisk kabel 16, som kan være en ledningstråd eller en elektrisk kabel som er ført gjennom et oppspolet rør. Tenningshodet 18 inkluderer en eksploderende folieinitiator (EFI) detonatorsammenstilling 22 ifølge en utførelsesform. Den perforerende streng 8 senkes til en ønsket dybde i et borehull 10 foret med foringsrør 12.1 respons til et aktiverende signal sendt ned gjennom den elektriske kabel 16 aktiveres EFI detonatorsammenstillingen

22 til å initiere en detonerende lunte 24 som er festet til formede ladninger (ikke vist) i perforeringsapparatet 20. Når de avfyres vil perforerende jetstrømmer fra de formede ladninger utstrekke perforasjoner gjennom foringsrøret 12 og inn i den omgivende formasjon.I

I alternative utførelsesformer kan det aktiverende signal være i form av trykkpulssignaler eller hydraulisk trykk. I slike utførelsesformer. er det ikke nødvendig med den elektriske kabel 16 og nedihullsverktøyet 8 kan bæres av en glatt ledning eller rørledning. Aktiverende kraft kan også tilveiebringes av et nedihullsbatteri. Videre kan andre utførelsesformer av nedihullsverktøyet 8 inkludere pakninger, ventiler eller andre anordninger. Det aktiverende signal kan således aktivere kontrollmoduler til å få pakninger til å sette seg, til å åpne og lukke ventiler, eller å aktivere andre anordninger.

Eksploderende folieinitiatorer kan inkludere en eksploderende folie «anslagsstiftplate-» initiator eller en eksploderende folie «bobleaktivert» initiator. I den følgende beskrivelse vises det til «flyvende plate» EFI. I ytterligere utførelsesformer kan imidlertid andre typer av EFI anvendes, i likhet med andre typer av elektriske initiatorer som f.eks. eksploderende brotråd (EBW) initiatorer og halvlederbro (SCB-) initiatorer.

Med henvisning til fig. 2 og 3 vises der deler av detonatorsammenstillingen 22 ifølge en utførelsesform. Detonatorsammenstillingen 22 inkluderer en underiagsstruktur 100, som f.eks. fleksible underlagsstrukturer som inkluderer fleksible kabler eller fleksible kretser som kan fås fra forskjellige produsenter, inklusive Sheldohl, E.l. du Pont de Nemours and Company, og International Business Machines Corporation. Underlagsstrukturen 100 kan være en flerlagsstruktur, inklusive metallederspor på begge sider av et isolasjonslag (f.eks. et polyimidlag som f.eks. «KAPTON» eller «PYRALIN»). En kilde for «PYRALIN» er Hitachi Chemical Du Pont (HD) Micro Systems L.L.C. En kilde for «KAPTON» polyimidfilm er E.l. du Pont de Nemours and Company.

Lederne 104A og 104B i den elektriske kabel 16 er elektrisk forbundet til ledende spor i underlagsstrukturen 100. En innkommende elektrisk spenning på lederne 104A og 104B tilføres en multiplikator 102, som kan være i form av en DC-til-DC omformer, for å multiplisere inngangsspenningen ved lederled-ningene 104A og 104B med en faktor (f.eks. 2X, 3X, 4X o.s.v.). I en eksempelvis utførelsesform kan spenningsmultiplikatoren 102 inkludere de følgende komponenter: en 4X energiforsyning, en oscillator, trinn med dioder og kondensatorer for spenningsmultiplikasjon, og en kappemotstand. Utgangen fra spenningsmultiplikatoren 102 tilføres en «slapper» kondensator 106 i en initiatoranordning som f.eks. kondensator-utladningsenheten (CDU) som kan opplades til en forutbestemt spenning, f.eks. mellom 800-1600 VDC. De andre komponenter av CDU inkluderer en bryterkomponent 108 og EFI-kretsen 120.

«Slapper-» kondensatoren 106 kan være en hvilken som helst av de forskjellige typer av konvensjonelle kondensatorer, inklusive en kondensator med et dielektrikum dannet av et keramisk materiale, f.eks. blyzirkonatitanat (PZT). En kondensator med det keramiske dielektrikum kan ha en større kapasitansverdi i forhold til andre typer av kondensatorer med samme «fotspor» krav til underlagsstrukturen 100.

I den illustrerte utførelsesform er bryterkomponenten 108 montert på en side av den fleksible underlagsstruktur 100 på motsatt side av kondensatoren 106.1 en eksempelvis utførelsesform kan bryterkomponenten 108 være en gnistgapbryter (som f.eks. fremstilt av Siemens) som aktiveres med en over-spenningstilstand (f.eks. 1.400 VDC). Den andre ende av gnistgapbryteren 108 er koplet til en EFI-krets 120. Normalt er gnistgapbryteren 108 i en åpen stilling for å isolere den tilførte elektriske kabelspenning fra EFI-kretsen 120. Npr «slapper» kondensatoren 106 lades til en tilstrekkelig overspenning, f.eks. mellom omtrent 1.200 og 1.600 VDC, blir gnistgapbryteren 108 hurtig ledende og forbinder spenningen i «slapper» kondensatoren 106 til EFI-kretsen 120.1 en alternativ utførelsesform, hvis det anvendes en miniatyrgnistgapbryter, som f.eks. en som fremstilles av Reynolds Industries, kan da en spenning over 1.000 VDC ved utgangen fra spenningsmultiplikatoren 102 være nok til å aktivere miniatyrgnistgapbryteren.

I ytterligere utførelsesform kan bryterkomponenten 108 inkludere andre typer av brytere, inklusive dem som er beskrevet i den samtidig verserende patentansøkning med tittel «Switches Used in Wells» (Nolan C. Lerche og James E. Brooks) inngitt samtidig hermed og innlemmet her i som referanse. Noen av disse alternative brytere kan aktiveres ved enda lavere spenninger ved utgangen av spenningsmultiplikatoren 102. Andre typer av brytere kan også anvendes i andre utførelsesformer, som f.eks. brytere som er dannet på det samme substrat som EFI- kretsen 120. Brytere med lavere motstand og induktans kan tillate enda lavere aktiveringsspenninger for direkte å sendes ned gjennom den elektriske kabel 16.

Med henvisning til fig. 9 vises der et elektrisk koplingsskjema av en del av detonatorsammenstillingen 22. De elektriske kabelledere 104A og 104B er koplet til inngangene på spenningsmultiplikatoren 102. Utgangene fra spenningsmultiplikatoren 102 er koplet over «slapper-» kondensatoren 106 for å lade kondensatoren til en forutbestemt spenning. Når en forutbestemt spenning er nådd (i tilfelle av en gnistgassgapebryter), eller i respons til et utløsnings-signal (med noen andre typer av brytere), lukker bryterkomponenten 108 til å slutte spenningen i kondensatoren 106 til EFI-kretsen 120.

Som vist i fig. 3, er EFI-kretsen 120 montert på den indre overflate 110 av en flens 112, som er dannet fra en ende av underlagsstrukturen 100 i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen. Underlagsstrukturen 100 inkluderer således to sammenbygde segmenter, ett hvorpå spenningsmultiplikatoren 102, kondensatoren 106 og bryteren 108 er montert, og det andre hvorpå EFI-kretsen 120 er montert. Første og andre segmenter er anordnet i en vinkel (foretrukket perpendikulær i den illustrerte utførelsesform). I en alternativ utførelsesform kan første og andre segmenter være separate stykker knyttet til hverandre i en vinkel. EPI-kretsen 120 (eller en annen type av initiator) er anordnet i en posisjon av underlagsstrukturen som er bøyd eller innstilt ved en forutbestemt vinkel for å orientere initiatoren i en ønsket retning, som f.eks. i retning mot et eksplosiv.

Flensen 112 haren åpning 114 hvorigjennom en anslagsstift kan passere gjennom i respons til aktivering av EFI-kretsen 120. Som illustrert er flensen 112 tildannet inn i et stykke med resten av underlagsstrukturen 100. Dette tillater fordelaktig at detonatorsammenstillingen 22 kan fremstilles som en mindre pakke, f.eks. med en lengde så liten som omtrent 9 cm i en eksempelvis utførelsesform. Med en bobleaktivert EFI tilveiebringer åpningen 114 en bane hvorigjennom boblen generert av EFI kan ekspandere. Åpningen 14 er således tilpasset til å motta et initierende element fra EFI, som f.eks. en «flygerstift» eller en boble.

En ytterligere fordel er at EFI-kretsen 120 kan koples elektrisk nærmere de resterende komponenter av CDU, inklusive «slapper» kondensatoren 106 og bryterkomponenten 108. På grunn av egenskapene av underlagsstrukturen 100 (f.eks. en bøyelig kabel) og den tette nærhet av komponentene av CDU, foreligger forholdsvis lav induktans og motstand i den elektriske bane fra «slapper-» kondensatoren 106 til EFI-kretsen 120. Som et resultat kan

«slapper-» kondensatoren 106 ha en mindre kapasitans (f.eks. mindre enn 0,1 mikrofarad eller yf) etter som energioverføringen er gjort mer effektiv fra kondensatoren 106 til EFI-kretsen 120.1 en ytterligere utførelsesform kan det i stedet for å bruke kondensatoren 106 anvendes en ytterligere type av energikilde for å aktivere EFI-kretsen 102.

Med henvisning videre til fig. 4B kan spenningsmultiplikatoren 102, «slapper-» kondensatoren 106, bryterkomponenten 108 og EFI-kretsen 120 monteres på underlagsstrukturen 100 ved bruk av overflatemonteringsteknologi (SMT). Etter som ledende spor er tilveiebrakt både på respektive øvre og nedre lag 221 og 225 av underlagsstrukturen 100 ifølge en utførelsesform, kan komponentene monteres både på øvre og nedre lag for å spare rom og redusere avstanden mellom komponenter. Et isolasjonslag 223 er anbrakt mellom øvre og nedre lag 221 og 225. Som bemerket i det foregående hjelper den kompakte konstruksjon til med å redusere induksjon og motstand i de ledende spor av underlagsstrukturen for å øke effektiviteten av energiover-føring.

Med henvisning til fig. 4A, inkluderer EFI-kretsen 120 ifølge en ut-førelsesform et substrat 202 (som kan bestå av keramikk, silikon eller annet egnet materiale) hvorpå det kan dannes et metallfolielag 204. Folien 204 kan f.eks. tildannes av kopper, selv om andre typer av elektrisk ledende metallag også kan anvendes i en videre utførelsesform, som f.eks. aluminium, nikkel, stål, gull, sølv, en metallegering o.s.v. Folien 204 inkluderer to elektrodedeler 206 og 208 og en avtynnet halsseksjon 210. Også illustrert i fig. 4 er et polyimidlag 212 (f.eks. «KAPTON» eller «PYRALIN» tildannet over halsseksjonen 210 av folien 204.

Substratet 202 kan være et keramisk materiale med en tykkelse på omtrent 0,64 mm og bestå av et materiale som f.eks. inkluderer aluminium-oksid. For å fremstille EFI-kretsene kan det anvendes et ark av keramisk substrat (størrelse f.eks. omtrent 10 x 10 cm i en utførelsesform) hvorpå det kan avsettes et antall metallfolier 204. Metallavsetningen kan gjennomføres ved anvendelse av sputringsavsetning eller elektronstråleavsetning. I en ut-førelsesform kan hver metallfolie 204 inkludere tre metallag, inklusive et bunnlag av titan, et midtlag av kopper, og et topplag av gull som et eksempel. Eksempelvis tykkelse av de flere lag kan være som følger: omtrent 500 Ångstrøm titan, omtrent 3 mikrometer kopper, og omtrent 500 Ångstrøm gull. I en eksempelvis konfigurasjon kan den avtynnede halsseksjon 210 av folien 204 ha størrelse omtrent 0,2 x 0,2 mm.

Etter avsetning av laget 204, kan polyimid i flytende form (f.eks. PYRALIN) helles ut på hele toppflaten av det keramiske substrat 202. Et første belegg av polyimid kan spinnes på det keramiske substrat 202 med en forutbestemt rotasjonshastighet (f.eks. omtrent 2.900 opm) i en forutbestemt tid (f.eks. omtrent 30 sekunder). Polyimidlaget kan så herdes ved forsiktig opp-varming i en nitrogenomgivelse ved en forutbestemt temperatur (f.eks. omtrent 90°C) i en forutbestemt tid (f.eks. omtrent 30 minutter). I en utførelsesform kan det andre belegg av polyimid spinnes på det keramiske substrat og metallfolien 204.1 en utførelsesform, etter at polyimidlagene er blitt påspunnet og herdet, kan et lag av polyimid med tykkelse omtrent 10 mikrometer tildannes over metallfolien 204 og det keramiske substrat 202. Deretter blir polyimidlaget selektivt etset for å fjerne alle deler av polyimidlaget bortsett fra delen 212 over den avtynnede halsseksjon 210 av folien 204.

Når tilstrekkelig høy spenning påsettes over elektrodene 206 og 208 av metallfolien 204 eksploderer eller fordamper halsseksjonen 210 og går gjennom en faseendring for å skape et plasma som bevirker at en del (benevnt «flyger» av polyimidlaget 212 separerer fra folien 204 til å gå igjennom åpningen 114 på flensen 112. Ved en ytterligere utførelsesform, i stedet for en polyimid «flyger», kan det anvendes en kompositt «flyger» fremstilt av et lag av polyimid og et lag av metall (f.eks. nikkel, wolfram, sølv, kopper, gull o.s.v.).

Med videre henvisning til fig. 5 sendes «flygeren» gjennom flensen 112 for å slå an mot en sekundær eksplosiv pellet 121, som f.eks. kan være finpartiklet HNS eller NONA. NONA som er en spesiell type av finpartiklet eksplosiv, kan være mer følsomt slik at en lavere avfyringsspenning kan oppnås. Den sekundære eksplosive pellet 121 kan være anbrakt i boringen av en ringformet pelletbærer 119. Et tynt lag 122 som f.eks. kan bestå av aluminium, kan plasseres inntil og i kontakt med det sekundære eksplosive 121.

Hvis en «boble» aktivert EFI istedet anvendes kan et polyimidlag boble opp og ekspandere for å slå an mot et eksplosiv. Et eksempel på «boble-» aktivert EFI er vist i US patentskrift 5.088.413 (Huber et al), som innlemmes heri som referanse. Hvis det anvendes en «boble» aktivert initiator slår den ekspanderende «boble» an mot eksplosivet 121 for å starte en detonasjon. Andre initiatorer kan anvendes for å initiere eksplosivet 121, som f.eks. eksploderende brotråd (EBW-) initiatorer eller halvlederbro (SBC) initiatorer.

Eksplosjon av det sekundære eksplosive 121 bevirker at en del (også referert her som en «flyger») av det tynne lag 122 blir kuttet av og skutt gjennom en åpning 123 i en skjærskive 124. «Flygeren» traverserer et gap 125 med en forutbestemt avstand (f.eks. omtrent 9,8 mm) for å slå an mot et forsterkningseksplosive 126. Etter anslag av metall «flygeren» eksploderer forsterkningseksplosivet 126 til å initiere en detonerende lunte 24 knyttet til forsterkningseksplosivet 126. Initiering av den detonerende lunte 24 bevirker at en detonerende bølge sendes ned gjennom den detonerende lunte til formede ladninger i perforeringsapparatet 20.

Pelletbæreren 119, den sekundære eksplosive pellet 121, tynnmetallaget 122 og skjærskiven 124 som er deler av detonatorsammenstillingen 22 inne-holdes inne i et forsterkningshus 160. Åpninger eller slisser 127 kan være tildannet fra utsiden av forsterkningshuset 160 (som f.eks. kan være tildannet av plastmateriale) til gapet 125 for å tilveiebringe fluiddessensitivering. I nærvær av fluider, som f.eks. med et oversvømt perforeringsapparat 20, ville «flyveren» fra laget 122 bli blokkert av fluidet og ikke i stand til å oppnå den nødvendige hastighet i gapet 125 til å initiere forsterkningseksplosivet 126. Dette forhindrer avfyring av et oversvømt skyts eller detonasjon av et eksplosiv i et ytterligere nedihullsverktøy som er oversvømmet med brønnfluid.

Med videre henvisning til fig. 6 er sammenstillingen omfattende en elektronisk krets (inklusive spenningsmultiplikatoren, CDU og flensen) innesluttet i en hovedhusdel 150 (som f.eks. kan være fremstilt av plastmateriale) med et topphusdelparti 150A og et bunnhusdelparti 150B. Spor 103 og 105 (fig. 5) er tildannet inne i hovedhusdelen 150 for å romme brytergnist-gapet 108 og flensen 112 som er integralt tildannet med underlagsstrukturen 100.

I en utførelsesform er et første isoleringslag 151B (f.eks. tildannet av silikongummi) plassert i bunnhusdelpartiet 150B. Underlagsstrukturen 100 og derpå festet elektronisk ledningskrets er plassert på det første isoleringslag 151B. Et andre isoleringslag 151A er lagt over den øvre overflate av komponentene på underlagsstrukturen 100. Topphusdelpartiet 150A som dekker underlagsstrukturen og den elektroniske kretssammenstilling er festet til bunnhusdelpartiet 150B ved bruk av et festeelement 152.

I en utførelsesform har forsterkningshusdelen 160 inneholdende pelletbæreren 119, det tynne lag 122, og skjærskiven 124 et gjenget parti 164 for gjenget montering til hovedhusdelen 150. En stift 163 (fig. 5 og 7) kan stikkes inn i siden av det gjengede husdelparti 150B og drives inn i den gjengede del 164, slik at forsterkningshusdelen 160 hindres fra å rotere løs under bruk. Andre festemekanismer mellom husdelene 150 og 160 kan anvendes.

Ved den andre ende inkluderer forsterkningshusdelen 160 en sperre-hakeseksjon hvormed husdelen 160 splittes til segmenter 168 med slisser 169 som separerer segmentene 168 for å tillate at det generelt sylindriske forsterkningseksplosive 126 glir inn i boringen av forsterkningshusdelen 160. En skulder 172 (fig. 6) ved grenseflaten mellom forsterkningseksplosivet 126 og den detonerende lunte 128 er tilpasset til å kontakte en motstående skulder 180 (fig. 5) på innsiden av den låsbare klemmeseksjonen etter at forsterkningseksplosivet 126 har glidd inn i forsterkningshusdelen 160. Når først forsterkningseksplosivet 126 har glidd inn i forsterkningshusdelen 160, slik at de motstående skuldre 172 og 180 er i kontakt kan en sperremutter 162 gjengemessig festes på den ytre gjengede del 170 av husdelsegmentene 168 for å låse forsterkningseksplosivet 126 inne i forsterkningshusdelen 160. Effektivt er det anordnet en enkel sneppertfestemekanisme for sikkert å forbinde forsterkningseksplosivet 126 inne i forsterkningshusdelen 160 av detonatorsammenstillingen 22. Et samlet riss av detonatorsammenstillingen 22 er vist i fig. 7. Detonatorsammenstillingen 22 kan så festes inne i avfyringshodet 18 av den perforerende streng.

Med henvisning til fig. 13, illustreres der en anordning av en initiatoranordning 300 som inkluderer en EFI-krets 120 integrert med en bryterkrets 121 på den samme underlagsstruktur 202. Bryterkretsen 121 kan inkludere en plasmadiodebryter i samsvar med en utførelsesform. Som drøftet i det foregående kan EFI-kretsen 120 bestå av det nedre isolasjonslag 202, et metallfolielag 204, og øvre isolasjonslag 212. Etter aktivering av EFI-kretsen 120 vil «flyveren» som brytes av fra det øvre isolasjonslag 212 fly gjennom åpningen 114 i flensen 112.

Bryterkretsen 121 inkluderer et øvre lederlag 342, et mellomliggende isolasjonslag 344 og et nedre lederlag 346. Det øvre lederlag 342 i bryterkretsen 121 er elektrisk koplet til et forgreningspunkt på «slapper-» kondensatoren 106 (fig. 2) over en ledningstråd 307. Det øvre lederlag 242 vil også kontakte en Zener-diode 302. Det nedre lederlag 346 er elektrisk koplet til en elektrode av EFI-kretsen 120, som f.eks. ved hjelp av ledende spor i underlagsstrukturen 202. Dioden 302 ødelegges i respons til en påsatt spenning (over en ledningstråd 305) når en utløsningsspenning Vtrigger aktiveres. Den påførte spenning på Vtrigger kan innstilles høyere enn nedbrytningsspenningen for dioden 302, som bevirker at spenningen øker når dioden fører strøm i respons til den påsatte spenning, noe som tilveiebringer en skarp strømstyrke-stigning og et eksplosivt utbrudd som slår hull gjennom det øvre lederlag 342 og isolasjonslaget 344 for å danne en elektrisk forbindelsesbane til det nedre lederlag 346 til å slutte kretsen fra «slapper-» kondensatoren 106 til EFI-kretsen 120. Denne konfigurasjon er i virkeligheten en høyeffektiv utløsbar bryter. Der er også andre bryterutførelsesformer som kan anvendes.

Plasmabryteren 121 frembyr den fordel at den kan gjennomføres i en forholdsvis liten pakke. Med den mindre sammenstilling blir ESR (effektiv seriemotstand) og ESL (effektiv serieinduktans) av bryteren redusert, noe som fører til forbedret effektivitet av bryteren. Plasmabryteren kan også integreres på den samme underlagsstruktur som anordningen som den er tilknyttet til, som f.eks. en EFI-krets. Dette fører til et samlet system, som f.eks. en initiatoranordning, med reduserte dimensjoner ved å anvende et halvledermateriale dopet med en P/N-overgang (som f.eks. en diode) for å skape et plasma for å danne en ledningsbane gjennom de flere lag av bryteren blir påliteligheten forbedret i sammenligning med konvensjonelle eksplosive støtbrytere etter som et eksplosiv ikke behøves.

Plasmabryteren i fig. 13 inkluderer en bryter 121 med en Zener-diode 302 og en leder/isolator/ledersammenstilling som inkluderer lag 342,344 og 346. En ytterligere utførelsesform av en plasmabryter kan anvende en bro med et aytynnet parti (tildannet av metall) som fordamper i respons til tilført elektrisk energi.

Med henvisning til fig. 10-12 illustreres en detonatorsammenstilling 22A ifølge en ytterligere utførelsesform. Komponentene i detonatorsammenstillingen 22A er de samme som i detonatorsammenstillingen 22 med identiske hen-visningstall. Detonatorsammenstillingen 22A som illustrert i fig. 10-2 inkluderer en hovedhusdel 150 med et forlenget bakre endeparti 184 for å motta en isolasjonsforskyvningskonnektor 186 som inkluderer et pakningsmaterial-element 180 for metalltråd og et par terminaler 182 (tildannet av et elektrisk ledende metall), som vist i fig. 11. Pakningsmaterialelementet 180 for metalltråden inkluderer et par åpninger 187A og 187B for å motta elektriske kabeltråder 104A og 104B hvor isolasjonen ikke er fjernet (d.v.s. isolasjonen forblir på kabeltrådene 104A og 104B).

Med en gang metalltrådene 104A og 104B er innført i pakningsmaterialet eller mottatt i åpningene 187A henholdsvis 187B, blir pakningsmaterialelementet 180 for metalltrådene skjøvet nedover mot terminalene 182, som kan sitte i tilsvarende spor i bunnhusdelpartiet 150B. De skrå toppkanter 188A og 188B av paret av terminaler 182 er skarpe til å skjære gjennom isolasjonslaget på ledningstrådene 104A og 104B når de drives inn i slisser henholdsvis 185A og 185B, av materialene 182. Som et resultat blir ledningstrådene 104A og 104B elektrisk forbundet til terminalene 182, som i sin tur er elektrisk forbundet til ledende spor anordnet i bunnhuspartiet 150B. Dette tilveiebringer en fordelaktig mekanisme for å forbinde elektriske ledningskabler inn i detonatorsammenstillingen 22A.

Med henvisning til fig. 8, kan detonatorsammenstillingen 22 eller 22A anvendes med en kontrollanordning som inkluderer en mikrokontroller 250, som kan drives av en nedihullsenergitilførsel 260. En inngang/utgang (l/O) grense-flate 252 kan være anordnet mellom den elektriske kabel 16 og mikrokontrolleren 250. Andre typer av kontrollere kan erstatte mikrokontrolleren 250, inklusive mikroprosessorer, anvendes spesifikke integrerte kretser (ASIC), programmerbare portgrupperinger (PGA), separate anordninger o.s.v. I den eksempelvise utførelsesform illustrert i fig. 8, er den elektriske kabel 126 koplet til brytere 266 og 268 som kan aktiveres eller deaktiveres ved hjelp av mikrokontrolleren 250 for å kontrollere overføring av signaler ned gjennom den elektriske kabel 16. Mikrokontrolleren 250 kan også monteres på underlagsstrukturen 100 sammen med spenningsmultiplikatoren 102 og CDU.

Mikrokontrolleren 250 er innrettet til å kontrollere aktivering og deaktivering av bryterne 266 og 268 i respons til en ordre sendt ned gjennom den elektriske kabel 16, som kan inkludere adressesignaler. Når bryteren 266 sluttes får en spenning på den elektriske kabel 16 passere til detonatorsammenstillingen 22 eller 22A. Hvis et flertall kontrollanordninger inklusive mikrokontrolleren 250 og detonatorsammenstillingen 22 eller 22A er koplet på den elektriske kabel 16, kan bryterne 266 og 268 kontrolleres til selektivt å aktivere kontrollanordninger ved å adressere kommandoer til kontroll-anordningene i sekvens. Dette tillater avfyring av en sekvens av perforerende strenger i en ønsket rekkefølge. Selektiv aktivering av en sekvens av verktøy-strenger er beskrevet i US patentsøknad med løpe nr. 09/179.507, inngitt 27. oktober 1998 med tittel «Downhole Activation System», som herved innlemmes som referanse.

Mens oppfinnelsen er blitt forklart i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer vil de fagkyndige innse tallrike modifikasjoner og variasjoner derav. Det er hensikten at de vedføyde patentkrav skal dekke alle slike modifikasjoner og variasjoner som faller innenfor den virkelige idé og ramme for oppfinnelsen.

Claims (41)

1. Detonatorsammenstilling for anvendelse med en eksplosjonsanordning, omfattende: en underlagsstruktur; en eksploderende folieinitiator montert på underlagsstrukturen; en bryter montert på underlagsstrukturen og tilpasset for å aktiveres for å koble elektrisk energi til den eksploderende folieinitiator; og en åpning tildannet i underlagsstrukturen inntil den eksploderende folieinitiator, hvor åpningen er tilpasset til å motta et initierende element fra den eksploderende folieinitiator.

2. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at åpningen er tildannet i en første del på underlagsstrukturen som er vinklet i forhold til en andre del av underlagsstrukturen.

3. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 2, karakterisert ved at bryteren er montert på den andre delen av underlagsstrukturen.

4. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 3, karakterisert ved at den eksploderende folieinitiator er montert på den første delen.

5. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 2, karakterisert ved at den første delen er generelt perpendikulær til den andre delen.

6. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den initierende element inkluderer en «flyger» fra den eksploderende folieinitiator.

7. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at det initierende element inkluderer en «boble» fra den eksploderende folieinitiator.

8. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at underlagsstrukturen inkluderer en fleksibel underlagsstruktur.

9. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 8, karakterisert ved at underlagsstrukturen inkluderer en fleksibel kabel.

10. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en kondensator montert på underlagsstrukturen hvor bryteren er koplet mellom kondensatoren og den eksploderende folieinitiator.

11. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 10, karakterisert ved at kondensatoren lagrer den elektriske energi.

12. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 10, karakterisert ved at kondensatoren inkluderer et dielektrikum tildannet av et keramisk materiale.

13. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter et substrat hvorpå den eksploderende folieinitiator er tildannet, hvor bryteren også er tildannet på substratet.

14. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en eller flere husdeler hvori underlagsstrukturen er montert og et eksplosiv plassert i nevnte en eller flere husdeler og innrettet til å bli initiert av den eksplosive folieinitiator.

15. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter en detonerende lunte hvor initiering av den detonerende lunte bevirkes ved detonasjon av eksplosivet, idet i det minste en del av den detonerende lunte er inneholdt i nevnte en eller flere husdeler.

16. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at det er eksplosivt plassert inntil åpningen.

17. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 16, karakterisert ved at et lag anbrakt inntil eksplosivet, idet i det minste en del av laget er innrettet til å bli kuttet av etter detonasjon av eksplosivet.

18. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 17, karakterisert ved at et forsterkningseksplosiv og et gap mellom forsterkningseksplosivet og laget hvor forsterkningseksplosivet er innrettet til å detoneres ved anslag av den avkuttede lagdel.

19. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 18, karakterisert ved at en detonerende lunte koplet til forsterkningseksplosivet.

20. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 16, karakterisert ved at laget inkluderer et metall.

21. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 16, karakterisert ved at eksplosivet inkluderer et NONA-eksplosiv.

22. Detonasjonssammenstilling for anvendelse med et eksplosivt verktøy, omfattende: en energikilde; en eksploderende folieinitiator; en bryter som kopler energikilden til den eksploderende folieinitiator; og en underlagsstruktur hvorpå energikilden, den eksploderende folieinitiator og bryteren er montert, hvor en åpning er tildannet i underlagsstrukturen nær den eksploderende folieinitiator for å motta et initierende element fra den eksploderende folieinitiator.

23. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 22, karakterisert ved at energikilden inkluder en kondensator.

24. Detonasjonssammenstilling ifølge krav 22, karakterisert ved at underlagsstrukturen har et første segment og et andre segment i en vinkel fra det første segment, en åpning tildannet i det andre segment og den eksploderende folieinitiator montert på det andre segment.

25. Nedihullsverktøy for anvendelse i en brønn, omfattende: en detonatorsammenstilling som inkluderer en eksploderende folieinitiator og en husdel med en låsbar klemmeseksjon; et forsterkningseksplosive hvor husdelen har et kammer innrettet til å romme forsterkningseksplosivet, idet den låsbare klemmeseksjon er innrettet til å gripe forsterkningseksplosivet, hvori den eksploderende folieinitiator er posisjonert nær forsterkningseksplosivet slik at et initiatorelement fra den eksploderende folieinitiator er i stand til å støte mot forsterkningseksplosivet.

26. Nedihullsverktøy ifølge krav 25, karakterisert ved at husdelen inkluderer et flertall segmenter separert med slisser, idet kammeret i det minste delvis dannes av en del av husdelen inklusive flertallet av segmenter.

27. Nedihullsverktøy ifølge krav 26, karakterisert ved at ytre overflater av segmentene danner et gjenget parti, hvor nedihullsverktøyet ytterligere omfatter en sperremutter innrettet til å kontakte det gjengede parti for å låse forsterkningseksplosivet i husdelen.

28. Nedihullsverktøy ifølge krav 25, karakterisert ved at en inngrepsflate er tildannet i en indre vegg av husdelen og hvori en motstående overflate er tildannet i forsterkningseksplosivet, idet overflatene av husdelens indre vegg og forsterkningseksplosivet er tilpasset gjensidig inngrep.

29. Detonatorsammenstilling som kan aktiveres av signaler i en eller flere elektriske ledningstråder, omfattende: en initiator; og en husdel som inneholder initiatoren og en isolasjonsfortrengningskon-nektor tilpasset for elektrisk å motta en eller flere elektriske ledningstråder.

30. Detonatorsammenstilling ifølge krav 29, karakterisert ved at isolasjonsfortrengningskonnektoren inkluderer et ledningstrådmottakende element.

31. Detonatorsammenstilling ifølge krav 30, karakterisert ved atisolasjonsfortrengningskonnektorenytterligere inkluderer en eller flere skarpe kanter innrettet til å strippe isolasjon fra tilsvarende en eller flere ledningstråder når det mottakende element skyves inn i en forutbestemt retning.

32. Detonatorsammenstilling ifølge krav 31, karakterisert ved at en eller flere elektrisk ledende terminaler for å motta eksponerte ledere av nevnte en eller flere ledningstråder.

33. Detonatorsammenstilling ifølge krav 32, karakterisert ved at en eller flere skarpe kanter er tildannet på nevnte en eller flere terminaler.

34. Apparat for å initiere en eksplosjonsanordning, omfattende: en underlagsstruktur med et første segment og et andre segment; . en energikilde montert på det første segment; og en eksploderende folieinitiator montert på det andre segment.

35. Apparat ifølge krav 34, karakterisert ved at første og andre segmenter er festet i ett stykke til hverandre.

36. Detonatorsammenstilling, omfattende: en eller flere husdeler; et eksplosiv inneholdt i en eller flere av husdelene; en fleksibel underlagsstruktur med en første del vinklet i forhold til en ytterligere del av underlagsstrukturen, idet den fleksible underlagsstruktur er montert i en eller flere av husdelene; og en initiator montert på den første del for å orientere initiatoren mot eksplosivet.

37. Detonatorsammenstilling ifølge krav 36, karakterisert ved at en åpning er tildannet i den første del for å motta et initiatorelement fra initiatoren.

38. Fremgangsmåte for fremstilling av en detonatorsammenstilling omfattende: tilveiebringelse av en underlagsstruktur med et første segment og et andre segment, det første segment er vinklet med hensyn til det andre segment; montering av en energikilde på det første segment; og montering av en eksploderende folieinitiator på det andre segment.

39. Fremgangsmåte ifølge krav 38, karakterisert ved tildannelse av en åpning i det andre segment inntil den eksploderende folieinitiator for å motta en «flyver» fra den eksploderende folieinitiator.

40. Fremgangsmåte ifølge krav 38, karakterisert ved anbringelse av underlagsstrukturen i en eller flere husdeler.

41. Fremgangsmåte ifølge krav 40, karakterisert ved montering av et eksplosiv i en eller flere av de nevnte husdeler i nærheten av den eksploderende folieinitiator.