通过功率施加改变开关的状态 |
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申请号 | CN201180071340.8 | 申请日 | 2011-10-11 | 公开(公告)号 | CN103582923B | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
申请人 | 哈里伯顿能源服务公司; | 发明人 | C·S·波纳外兹; | ||||
摘要 | 一种 开关 包括弹性件。该开关进一步包括崩溃部件。该弹性件具有:第一弹性状态,其中弹性件通过限位部件保持张紧;以及第二弹性状态,其中弹性件由于限位部件已失效而不保持张紧。崩溃部件被设置成当将充分功率施加至崩溃部件时来自崩溃部件的热量将使限位部件失效。该开关进一步包括耦合至弹性件的第一触头。开关进一步包括耦合至弹性件的第二触头。当弹性件处于第一弹性状态时,第一触头和第二触头具有第一1-2电连接状态。当弹性件处于第二弹性状态时,第一触头和第二触头具有与第一1-2电连接状态不同的第二1-2电连接状态。 | ||||||
权利要求 | 1.一种开关,包括: |
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说明书全文 | 通过功率施加改变开关的状态[0001] 相关申请 背景技术[0003] 油井在被钻探之后通常经历一“完井”过程。将套管(casing)安装在井眼中并在包套周围灌注水泥。这个过程使井眼稳定并保持其不至崩溃。完井过程的一部分涉及对套管和水泥打孔以使岩层中的流体流过水泥和套管并被引至地表。这种打孔过程经常是通过带形状的炸药完成的。这些打孔炸药经常是通过向起爆器施加电功率而点火的。在井下环境中将功率施加至起爆器是一个挑战。附图说明 [0004] 图1示出一种打孔系统。 [0005] 图2示出一种打孔装置。 [0006] 图3示出在其中一个打孔炸药已被点火之后的打孔系统。 [0007] 图4是打孔装置的框图。 [0008] 图5-10、图12、图13以及图15-22示出点火夹开关。 [0009] 图11和图23示出包括点火夹开关的系统。 [0010] 图14示出包括打孔系统的一个系统。 具体实施方式[0011] 本文描述的开关可用于多种用途。它们将在井下打孔系统的背景下描述,但这种描述仅作为示例给出并且不应当被理解为对开关的应用构成限制。 [0012] 在打孔系统100在钻探现场的一个实施例中,如图1所示,地面104上的测井车或滑车102容纳射击面板106和绞盘108,缆绳110从绞盘108伸出、穿过井架112进入被钻探入产烃岩层116的井眼114。在一个实施例中,井架112由带起重机(未示出)的卡车取代。井眼114与套管118和水泥120成一直线。缆绳110将打孔装置122悬挂在井眼114中。 [0013] 在图1和图2所示的一个实施例中,打孔装置122包括缆绳110耦合至的缆绳头/绳套124。在一个实施例中,在缆绳头/绳套124之上包括便于打捞打孔装置(未示出)的装置。在一个实施例中,打孔装置122包括套管接箍定位器(CCL)126,其便于使用磁场来定位套管接箍(未示出)中的较厚金属。由CCL采集的信息可被用来定位井眼114中的打孔装置122。包括CCL的伽马打孔器(未示出)可作为深度关联设备包含在打孔装置122中。 [0015] 在一个实施例中,打孔装置122包括多个选择点火接头(SFS)130、132、134、135以及多个打孔炸药部件(或打孔枪或“PG”)136、138、140和142。在一个实施例中,选择点火接头的数目是小于打孔炸药部件数目的一个数。 [0016] 打孔炸药部件136、138和140在图4的说明中更为详细地被描述。本领域内技术人员将能理解,图1和图2中示出的选择点火接头和打孔炸药部件的数目仅是解说性的而非限制性的。打孔装置122中可包括任何数量的选择点火接头和任何组的打孔炸药部件。 [0017] 在一个实施例中,打孔装置122包括管塞(BP)144,BP 144便于打孔装置122在井眼114中的向下运动并提供压力屏障以保护打孔装置122的内部组件。在一个实施例中,打孔装置122包括磁偏心器(未示出),该磁偏心器被磁性地引向套管,由此使打孔装置122靠近套管,如图1所示。在一个实施例中,包括定位工具(未示出)以在井眼内部署和定位桥或压裂塞(frac plug)。 [0018] 图3示出最下面的打孔炸药部件的爆炸结果。透过混凝土120和套管118已从岩层116形成通道302(仅标记出一个)。结果,流体可流出岩层116直至表面104。此外,增注流体可被泵出自套管118并进入岩层116以在从岩层116产生流体中起到多种目的。 [0019] 图4所示的打孔炸药部件136、138、140、142的一个实施例包括6个打孔炸药402、404、406、408、410、412和414。本领域内技术人员将能理解,每个打孔炸药部件136、138、 140、142可包括任何数量的打孔炸药。 [0020] 在一个实施例中,打孔炸药通过附连至雷管418的引爆线416连接在一起。在一个实施例中,当雷管418被引爆时,引爆线416将爆炸事件联系至所有打孔炸药402、404、406、408、410、412、414,从而同时引爆它们。在一个实施例中,包含单个点火夹开关(FCS)420的选择点火接头130、132、134、135被附连至打孔炸药部件136、138、140、142的下部。在一个实施例中,选择点火接头130、132、134、135定义引爆选择点火接头之上的打孔炸药部件中的雷管所需的电压极性。由此在一个实施例中,参见图2,选择点火接头130定义打孔炸药部件136的极性,选择点火接头132定义打孔炸药部件138的极性,选择点火接头134定义打孔炸药部件140的极性,而选择点火接头135定义打孔炸药部件142的极性。在图2未示出的一个实施例中,最下部的打孔炸药部件142不耦合至选择点火接头(即选择点火接头135不存在),并因此可通过任一极性的电压引爆。 [0021] 在图5示出的一个实施例中,点火夹开关420包括状态改变机构,该状态改变机构通过跨崩溃部件耗散功率而被启动。在一个实施例中,由崩溃部件产生的热触发状态改变机构,从而使崩溃部件崩溃或使另一部件(例如捆绑带(tie-wrap)或共晶物质)崩溃或改变物理状态并从结构意义上说变得明显脆弱。 [0022] 在一个实施例中,开关包括C形状弹性件505。在一个实施例中,弹性件505机械耦合至第一触头510和第二触头515。在一个实施例中,弹性件毗邻第一触头510和第二触头515的一些部分520、525是不导电的。在一个实施例中,弹性件505由诸如钢之类的弹性材料制成。在一个实施例中,在其非变形形状下,弹性件505比图5所示地更加闭合以使第一触头510和第二触头515彼此接触并形成良好的电连接。 [0023] 在一个实施例中,点火夹开关420包括两个手柄或张紧部件530、535。在一个实施例中,手柄530、535由非导电材料制成,例如塑料。在一个实施例中,手柄530、535机械耦合至弹性件505。在一个实施例中,手柄530、535机械耦合并通过崩溃部件540保持在图5所示的位置。也就是说,在一个实施例中,手柄530、535朝向彼此被推至图5所示的位置,并随后崩溃部件540机械固定于手柄530、535以将它们保持在位,这进而如图5所示那样使弹性件505变形。在一个实施例中,弹性件505倾向于将手柄530、535彼此分离地推压,由此当点火夹开关420处于图5所示的状态时崩溃部件540处于机械应力下。在一个实施例(未示出)中,弹性件是近端固定于柱的板簧。在一个实施例中,板簧通过类似于崩溃部件540的崩溃部件保持在张紧状态,由此其远端与常闭触头形成电接触。在一个实施例中,当崩溃部件结构上崩溃时,弹性件的远端断开与常闭触头的电连接并形成与常开触头的电连接。 [0025] 在一个实施例中,第一触头510通过二极管565耦合至“功率”线565。在一个实施例中,触头515通过二极管575耦合至“点火”线570。在一个实施例中,二极管575是可选用的,但为了点火夹开关420的安全推荐使用。 [0026] 在一个实施例中,“启用”线580耦合至打孔装置122中的较高开关的“启动”线545,由此点火夹开关能被联系在一起,如图11所示和如下所述。在一个实施例中,最下部开关的“功率”线560和“启动”线545彼此耦合,并耦合至来自射击面板106的功率线1105,如图11所示和如下所述。 [0027] 在一个实施例中,如图6所示,由反映功率pfail(p失效)的极性的箭头表示的功率pfail被施加至崩溃部件540,其中功率pfail足以使崩溃部件540在结构上崩溃,如图6中表示为540的圆圈中的两个断开部分所示。 [0028] 例如,在一个实施例中,崩溃部件540是电阻器。在一个实施例中,崩溃部件540是10瓦电阻器,如果暴露于50瓦功率则它在结构上崩溃(例如爆炸)。在那种情形下,如果在电阻器崩溃部件540两侧的电压为200伏并且流过电阻器崩溃部件540的电流为250毫安,那么电阻器540暴露于50瓦(200伏×250毫安)并且电阻器540将通过例如爆炸而失效。 [0029] 在一个实施例中,崩溃部件540是通过施加足够量级和“错误”极性的功率而被破坏的电解电容器。在一个实施例中,功率pfail的施加破坏了电解电容器。 [0030] 在一个实施例中,崩溃部件540是具有磁心的电磁扼流器,它在施加功率pfail时毁灭性地失效。 [0032] 如前面提到的,当点火夹开关420处于图5所示的状态时,崩溃部件540处于应力下并且弹性件505将手柄530、535推开。在一个实施例中,当崩溃部件540失效时,如图6所示,手柄530、535如箭头605所示地分开,而弹性件505如箭头610所示地移动。在一个实施例中,弹性件505的移动使第一触头510开始与第二触头515接触,由此闭合通过二极管565、575的功率线560和点火线570之间的电路,这允许电流ifire(i点火)沿图6中箭头所示的方向流动。 [0033] 在一个实施例中,如图7所示,电流流动的方向(或施加功率的极性)在启动电路和点火电路中均是相反的(相比图5中的电流流动方向),所述启动电路包括崩溃部件540而所述点火电路包括第一触头510和第二触头515。在一个实施例中,通过相比图5中二极管550的极性反转二极管550的极性,启动电路中的电流流动方向被反转。在一个实施例中,通过相比图5中二极管565、575的极性改变二极管565、575的极性,点火电路中的电流流动方向被改变。由此,在图5中启动电路由负功率激活,而在图7中启动电路由正功率激活。在图5中点火电路由正功率激活,而在图7中点火电路由负功率激活。在图5和图7中,激活启动电路的功率具有与激活点火电路的功率相反的极性。除了ifail和ifire的极性外与图6相同的图8示出在崩溃部件540失效后的点火夹开关420。 [0034] 在一个实施例中,如图9所示,崩溃部件540不是使其本身失效,而是使限位部件905失效。在一个实施例中,弹性件505上的应力是由限位部件905产生的,不是由崩溃部件540产生。在一个实施例中,尽管崩溃部件540机械耦合至手柄530、535,然而机械耦合不够强烈以将手柄530、535维持在图9所示的位置。取而代之地,手柄530、535通过限位部件905保持在如图所示的位置。 [0035] 在一个实施例中,限位部件905是当暴露于热量时可预测地敏感于结构失效的部件。在一个实施例中,限位部件905是捆绑带。在一个实施例中,限位部件是橡胶带。在一个实施例中,限位部件905是共晶物质,即具有比混合物中的任一物质更低熔点的两种或更多种物质的混合物。在一个实施例中,该共晶物质是焊料。 [0036] 在一个实施例中,图9中的电路以与图5所示电路相同的方式工作,除了不是如图5所示的崩溃部件540失效,而是来自崩溃部件540的热量——由图9中的崩溃部件540附近的闪电标记表示——使限位部件905熔断或以其它方式改变状态和失效或显著弱化以使弹性件松弛。如图10所示,其结果与图6所示相同,除了限位部件905失效而不是崩溃部件540失效外。触头510、515已闭合,由此使点火电流ifire流过点火电路。 [0037] 在一个实施例中,如图11所示,诸如图5-10所示的多个点火夹开关被引入到枪串中。在该图中,虚线将由字母“T”表示的级联接头和由字母“G”表示的打孔枪分隔开。在一个实施例中,级联的接头保持点火夹开关并将打孔枪互连。在一个实施例中,点火夹开关被交替地安装,即正开关跟随负开关,反之亦然。在一个实施例中,最下部的点火夹开关是正点火夹开关,如图11所示。在一个实施例中,最下部点火夹开关是负点火夹开关。 [0038] 图11中的开圆代表级联接头和打孔枪之间的密闭接触。在一个实施例中,包括定位工具(未示出)并在定位工具和最下部打孔枪之间提供类似的密闭接触。在一个实施例中,虚线框中的每一个代表如图5、图6、图9和图10所示的正点火夹开关,或如图7和图8所示的负点火夹开关。图11的各枪部中的电阻器代表雷管,在一些实施例中,当足够的电流流过时,雷管点火。级联接头和打孔枪被设置成串,串的底部表示在图11的最右面而串的顶部表示在图11的最左面。 [0039] 在一个实施例中,“功率”线1105跨过所有级联和枪,除了底部的那一个。在一个实施例中,最下部的点火夹开关的“启动”线被耦合至“功率”线,如图11所示。在一个实施例中,最下部的点火夹开关的“启用”线被耦合至串中就在其上的点火夹开关的“启动”线,如图11所示。在一个实施例中,所有点火夹开关(除了最下部的那一个)的“启动”线被连接至串中就在其下的点火夹开关的“启用”线,如图11所示。 [0040] 在一个实施例中,所有开关在安装时间均处于断开状态,在断开状态下触头不彼此接触,例如图5、图7和图9所示那样。在一个实施例中,从级联接头走至枪的线路被液压密封,如由图11上的开圆表示的那样,以防止流体在其下一级的枪点火且井眼流体填满枪膛之后进入级联接头。 [0041] 在一个实施例中,最下部开关是正点火开关,例如图5、图6、图9和图10所示的那样。在一个实施例中,串中的所有开关是张紧的,由此保持电触头分离(即与每个开关关联的触头不彼此接触)。张紧是由崩溃部件540或限位部件905保持的。在一个实施例中,当将足够高的负电压施加至与图5-10中的启动线545对应的图11中的功率线1105时,大电流流过二极管550并流过崩溃部件540。在一个实施例中,电流使崩溃部件540或限位部件905失效,这是由弹性件505作用的力促成的,如前所述。在一个实施例中,弹性件的力也被用来提高至枪底盘的接地连接的质量。在一个实施例中,二极管565、575提供双重壁垒,防止在启动开关的同时意外地对雷管进行点火。在一个实施例中,随着崩溃部件540或限位部件905失效,弹性件松弛并且触头510、515连在一起。这形成一路径以使正电流从功率线流过二极管565、575,流过雷管,至枪底盘,枪底盘在一个实施例中是电路接地点。 [0042] 在一个实施例中,当使用正电压对雷管点火时,安装在前述枪内的开关(它使用相反极性的开关)被启动,并且其触头被短路(使其关联的开关闭合)。在一个实施例中,枪内(或在定位工具中(如果有的话))的雷管现在可使用负电压被点火。 [0043] 在一个实施例中,所有相继的枪根据前面给出的程序被点火,直到最后一个枪被点火为止。在一个实施例中,设计枪串以使崩溃部件540或限位部件905在井眼流体侵入到经点火的枪之前崩溃(并使启动线短路)。 [0044] 在一个实施例中,图11所示的系统没有表现出显著的欧姆损耗,这允许其与包含非常大数量的打孔枪的枪串一起使用。在一个实施例中,这也意味着地表系统(即点火面板106)实践地观察到跨射击连接的相同阻抗。 [0045] 图12所示的一个实施例包括诸如火花间隙1205之类的电压壁垒,以给予崩溃部件540或限位部件905在例如射击电压向上斜变而不是在单步/“电压倾泻”下施加的情形下在爆炸发生前崩溃的更好保证。在崩溃部件是与连接至电源的另一电阻器(例如由测井线路导体表征的电阻)串联安装的电阻器的一个实施例中,该电阻器的阻值被选择成足够低以使其两侧的电压在最大功率条件下始终低于由与雷管串联安装的一个二极管或一组二极管提供的电压壁垒。 [0046] 图12和图13所示的一个实施例包括:验证器件,例如电阻器(Rvfy)1210,该电阻器1210具有远大于崩溃部件540的阻抗;或保险丝1305,该保险丝1305用来通过电源线(使用电阻量表)验证开关被成功地启动。当保险丝1305熔断时发生的线电流改变用来指示开关的启动。 [0047] 在一个实施例中,从级联走向枪的线路不通过O形环予以密封。在一个实施例中,密封是通过环氧树脂或另一类型的液压密封和非导电化合物提供的,这提供了防止流体入侵到达上枪体并与开关接触并使其触头短路的壁垒。 [0048] 在一个实施例中,打孔系统122受软件控制,所述软件以计算机可读介质1405(例如CD或DVD)上的计算机程序的形式出现,如图14所示。在一个实施例中,可与点火面板106相同或包含在点火面板106中或与打孔装置122共同定位的计算机1410通过输入/输出设备1415从计算机可读介质1405读出计算机程序,并将程序存储在存储器1420中,在那里程序通过编译和链接被预备以执行(如果需要的话),然后被执行。在一个实施例中,系统通过诸如键盘的输入/输出设备1415接收输入,并通过诸如监视器或打印机的输入/输出设备1415提供输出。在一个实施例中,系统将计算结果存储在存储器1420中,或修正已存在于存储器1420中的这些计算。 [0049] 在一个实施例中,留驻在存储器1420中的计算结果可通过网络1425供远程实时操作中心1430使用。在一个实施例中,远程实时操作中心1430作出通过网络1435可用的计算结果,以帮助油井1440的规划或油井1440的钻探。 [0050] 在一个实施例中,点火夹开关具有不止一个的触头是有益的。例如,如果打孔枪(即图11中标注以“G”的区域之一)因雷管点火而使导电流体溢流,则导电流体可能在功率线和枪串的壳体之间形成短路。该短路可能阻止未点火的枪被点火。例如,假设图11中最下部枪的点火使紧随其上的打孔枪(G)导电流体溢流,由此使功率线短路至地面。接下来对次高枪点火的尝试由于短路的功率线将会失败。 [0051] 在一个实施例中,点火夹开关设有多个触头。在一个实施例中,点火夹开关的多个触头的至少一些被用来隔断打孔枪,如图23所示和下面描述的那样,由此这些打孔枪的溢流不使枪串内的其它打孔枪失去点火的能力。 [0052] 在图15所示的一个实施例中,另外在结构和操作上类似于图5-10所示的点火夹开关420的点火夹开关1502包括三组开关触头——两组常开触头和一组常闭触头。要理解,本文描述的常开触头的数目和常闭触头的数目仅为示例性的,并可包括任一多种触头的任何数量。点火夹开关1502包括弹性件1505,该弹性件1505在一个实施例中由非导电材料制成。如图15所示,点火夹开关1502进一步包括耦合至弹性件1505的两个手柄1530、1535。在一个实施例中,两个手柄1530、1535由非导电材料制成。在一个实施例中,点火夹开关包括与前面参照图5-10描述的崩溃部件540相似的崩溃部件1540。在一个实施例中,弹性件1505、手柄1530和1535以及崩溃部件1540与前面参照图5-10描述的相同部件相似地工作。 [0053] 在一个实施例中,点火夹开关1502包括两个常闭触头B1、B2,当点火夹开关1502处于图15所示状态时(即在崩溃部件1540已崩溃前)触头B1、B2彼此连接。在一个实施例中,常闭触头B1、B2压配合在一起,由此当点火夹开关1502处于图15所示的状态时,常闭触头B1、B2保持机械和电气接触,但它们可通过沿相反方向施加适当大小的力至两个触头B1、B2而分离。在一个实施例中,当崩溃部件1540崩溃时,弹性件1505施加适当大小的力并允许弹性件1505向回崩溃至其非变形状态。 [0054] 在图15所示的一个实施例中,触头B1刚性地安装至手柄1530而触头B2刚性地安装至手柄1535。在一个实施例中,触头B1、B2中的一者或两者可挠地安装于其相应的手柄1530、1535。在一个实施例中,触头B1、B2中的一者或两者通过系绳或线(未示出)附连至其相应的手柄1530、1535。 [0055] 在一个实施例中,崩溃部件1540通过分别嵌入到手柄1530、1535中的锚1545、1550机械地耦合至手柄1530、1535。在一个实施例中,崩溃部件1540例如通过崩溃部件 1540的缠绕引线机械地耦合至手柄1530、1535,所述缠绕引线在一个实施例中例如是低瓦数电阻器、二极管或NiCh(镍铬)线围绕手柄1530、1535的长度。 [0056] 图16示出常开触头,它是由图15中的虚线圆圈围住的区域的更详尽版本。如图16所示,第一对常开触头A1、A2在弹性件1505内的开口1605附近的位置耦合至弹性件 1505。当点火夹开关1502处于图15所示的状态时,触头A1与触头A2电隔绝。第二对常开触头C1、C2耦合至弹性件1505,以使触头A1、A2比触头C1、C2更靠近开口1605。当点火夹开关1502处于图15所示的状态时,触头C1与触头C2电隔绝。 [0057] 在一个实施例中,如前所述,弹性件1505是完全不导电的。在一个实施例中,弹性件1505在与触头A1、A2、C1和C2耦合的区域内是不导电的。在一个实施例中,弹性件1505是导电的,并且触头A1、A2、C1和C2使用非导电材料或使用例如橡胶或塑料的衬垫或垫圈之类的分隔体(未示出)耦合至弹性件1505,以防止触头A1、A2、C1和C2电连接至弹性件1505。 [0058] 返回图15,在一个实施例中,“功率输入”线耦合至触头B1、二极管d2的阳极以及二极管d4的阴极。在一个实施例中,二极管d2的阴极耦合至触头A1。在一个实施例中,二极管d4的阳极耦合至触头C1。 [0059] 在一个实施例中,“启用”线耦合至二极管d3的阳极以及触头A2。此外,在一个实施例中,如图23的讨论中可以看到的,一个点火夹开关的启用线可耦合至枪串中的次高点火夹开关的“附连”线(下文中描述)。 [0060] 在一个实施例中,“点火”线耦合至二极管d3的阴极。在一个实施例中,如从图23的讨论中可以看到的那样,点火线耦合至雷管。 [0061] 在一个实施例中,“功率输出”线耦合至触头B2。此外,在一个实施例中,如从图23的讨论中可以看到的那样,功率输出线可耦合至次低枪的功率输入线。 [0062] 在一个实施例中,“GND”线耦合至崩溃部件1540的一侧。此外,在一个实施例中,如图23的讨论中可以看到的那样,GND线耦合至枪底盘。 [0063] 在一个实施例中,“附连”线耦合至二极管d1的阴极以及触头C2。在一个实施例中,二极管d1的阳极耦合至崩溃部件1540与至GND线的连接相反的一侧。此外,在一个实施例中,如图23的讨论可以看到的那样,附连线耦合至枪串中次低点火夹开关的启用线。 [0064] 图17和图18示出在崩溃部件已崩溃后(由标记为1540的粗虚线圆圈中的两个断开片段表示)的点火夹开关1502。崩溃部件1540的崩溃允许弹性件松弛并将开口1605收窄至一状态,在该状态下触头A1机械和电气地连接至触头A2并且触头C1机械和电气地连接至触头C2,如图18所示。弹性件1505的松弛使手柄1545移离手柄1550,这使触头B1与触头B2断开。由此,在一个实施例中,崩溃部件1540的崩溃使触头A1闭合至触头A2,使触头C1闭合至触头C2,并使触头B1与触头B2断开。 [0065] 总地来说,在一个实施例中,弹性件1505具有第一弹性状态,即图15所示的状态,其中它通过诸如崩溃部件1540之类的限位部件保持张紧。替代地,限位部件在结构和操作上类似于图9和图10所示的限位部件905。在一个实施例中,弹性件1505具有第二弹性状态,即图17所示的状态,其中它因诸如崩溃部件1540之类的限位部件已结构上失效而不保持张紧。在一个实施例中,崩溃部件1540就位或定位成:当向崩溃部件1540施加充分的功率时,来自崩溃部件1540的热将使限位部件——例如崩溃部件1540本身或限位部件905——失效。 [0066] 在一个实施例中,例如A1、C1或B1的第一触头耦合至弹性件1505。在一个实施例中,触头B1通过手柄1530间接地耦合至弹性件1505。在一个实施例中,例如A2、C2或B2的第二触头耦合至弹性件1505。在一个实施例中,触头B2通过手柄1535间接地耦合至弹性件。 [0067] 在一个实施例中,当弹性件1505处于第一弹性状态时,第一触头和第二触头具有“第一1-2电连接状态”。例如,如果第一触头是A1或C1而第二触头是A2或C2,则第一弹性状态使第一触头与第二触头电气绝缘、分离或断开。如果第一触头是B1而第二触头是B2,第一弹性状态使第一触头电连接至第二触头,以使电流能从第一触头流至第二触头。 [0068] 在一个实施例中,当弹性件1505处于第二弹性状态时,第一触头和第二触头具有“第二1-2电连接状态”。例如,如果第一触头是A1或C1而第二触头是A2或C2,则第二弹性状态使第一触头电连接于第二触头。如果第一触头是B1而第二触头是B2,第二弹性状态使第一触头与第二触头电气绝缘、分离或断开,以使没有电流能从第一触头流至第二触头。 [0069] 在一个实施例中,例如A1、C1或B1的第三触头耦合至弹性件1505。在一个实施例中,触头B1通过手柄1530间接地耦合至弹性件1505。在一个实施例中,例如A2、C2或B2的第四触头耦合至弹性件1505。在一个实施例中,触头B2通过手柄1535间接地耦合至弹性件。 [0070] 在一个实施例中,当弹性件处于第一弹性状态时,第三触头和第四触头具有“第一3-4电连接状态”。例如,如果第三触头是A1或C1而第四触头是A2或C2,则第一弹性状态使第三触头与第四触头电气绝缘、分离或断开,由此没有电流能够流过第三触头和第四触头之间的交界处。如果第三触头是B1而第四触头是B2,则第一弹性状态使第三触头电连接至第四触头,以使电流能从第三触头流至第四触头。 [0071] 在一个实施例中,当弹性件1505处于第二弹性状态时,第三触头和第四触头具有“第二3-4电连接状态”。例如,如果第三触头是A1或C1而第四触头是A2或C2,则第二弹性状态使第三触头电连接至第四触头,以使电流能从第三触头流至第四触头。如果第三触头是B1而第四触头是B2,则第二弹性状态使第三触头与第四触头电气绝缘、分离或断开,由此没有电流能够流过第三触头和第四触头之间的交界处。 [0072] 图19和图20与图15和图16相同,除了二极管的极性颠倒外。图15示出一正开关。图19示出一负开关。 [0073] 图21和图22与图17和图18相同,除了二极管的极性颠倒外。图17示出一正开关。图21示出一负开关。 [0074] 图23示出图15-22所示的点火夹开关在井下测井电缆打孔枪串中的典型使用的一个例子。在图23中,每个级联(TN)及其关联的枪(GN)构成逻辑部件。即,级联T1和枪G1构成逻辑部件,级联T2和枪G2构成逻辑部件,级联T3和枪G3构成逻辑部件以及级联T4和枪G4也构成逻辑部件。要理解,打孔枪串可通过添加级联/枪逻辑部件开放式地延伸。注意在图23中,相比在图15、17、19和图21的位置,二极管d4在C触头的相反侧上。在替代实施例中,二极管d4可处于任一位置。 [0075] 在一个实施例中,每个级联包括一个点火夹开关。在一个实施例中,每个级联/枪逻辑部件具有五个外部连接:功率输入、功率输出、附连、启用以及点火,但是点火连接通往作为级联/枪逻辑部件的一部分的雷管。在一个实施例中,点火夹开关被交替地安装;即,例如图15-18所示的那些正点火夹开关之后跟随例如图19-22所示的那些负点火夹开关,反之亦然。这示出于图23,其中T1/G1包括正点火夹开关,T2/G2包括负点火夹开关,T3/G3包括正点火夹开关,而T4/G4包括负点火夹开关。 [0076] 在一个实施例中,从下向上对枪进行点火,其中T1/G1是图23中的最下部枪。这是因为在一个实施例中,爆炸将摧毁枪内的任何东西,包括在其中运行的开关和线路。 [0077] 在一个实施例中,最下部枪T1/G1的第一开关是通过在功率输入线上施加负功率而被激活的。由于在其下面没有枪,T1/G1中的开关具有耦合至其功率输出线的附连线。从这种意义上说,T1/G1是唯一的。在全部其它TN/GN单元中,附连线耦合至安装于其下面的开关的启用线。将负功率施加于正点火夹开关的功率输入线(或将正功率施加于负点火夹开关的功率输入线)被称为“附连”或“附属”。在附连前,没有正功率的路径,因为A触头(A1和A2)和C触头(C1和C2)是断开的并且因为d1的阻断动作。附连造成崩溃部件2305的结构性崩溃,这使A触头和C触头闭合,B触头(B1和B2)断开,并且电路通过d1断开。 [0078] 一旦T1/G1被附连,可使用正功率对G1中的雷管2310进行点火。一旦将正功率施加至功率输入线,电流流过T1/G1中的二极管d2和T1/G1中的触头A,通过T2/G2中的二极管d1到达T2/G2的崩溃部件2315并使其崩溃,然后流至地面。至地面的路径也通过T1中的二极管d3、T1/G1点火线以及T1/G1雷管存在。在崩溃部件2315是电阻器R的一个实施例中,T2/G2中的开关R的电阻远小于T1/G1中的雷管2310的电阻,由此流过崩溃部件2315的电流将远高于流过雷管2310的电流。当T2/G2中的崩溃部件2315崩溃时,T2/G2中的触头B将断开并切断电流流动,由此当枪G1因导电井眼流体溢流时功率线不被短路至地。正功率的一个替代路径通过如今闭合的C触头和二极管d4仍然存在。附加地,R形成分压器,其测井电缆的电阻RWL在T1/G1中的雷管上形成低电压,但不足以使雷管爆炸。雷管的这种旁路动作由d3增强。在一个实施例中,一个或多个附加二极管被设置在二极管d3和DET之间以改善这种保护。 [0079] 在一个实施例中,功率齐纳二极管(未示出)在d3和雷管之间与d3串联以保证没有电流流过雷管,直到上面的级联/枪内的崩溃部件已经崩溃为止。 [0080] 在一个实施例中,崩溃部件(例如2305或2315)是一种二极管,它在结构上崩溃并将雷管上的电压钳位至一固定低值,以使崩溃部件在结构上崩溃但雷管保留。 [0081] 一旦T2/G2中的崩溃部件2315已崩溃,则T2/G2中的触头B断开而T2/G2中的触头C闭合。如今电流将通过T2/G2的触头C和二极管d4进入雷管T1/G1,触发引爆器引索和T1/G1中的雷管2310的打孔炸药的爆炸。 [0082] 在一个实施例中,T2/G2中的B触头的断开防止功率输入线因侵入到其下的已爆炸枪的导电井流体引起的短路。在T2/G2的开关附连而T1/G1中的触头B断开之后,T2/G2中的触头C允许功率流至T2/G2中的崩溃部件2315以及T1/G1中的雷管2310。 [0083] 这个动作顺序可无限地施加至实践中具有任何数量枪的打孔枪串。 [0084] 在图24示出的一个实施例中,每个级联(例如图24中的T1、T2)包括双开关组件(DSA)2405、2410。在一个实施例中,每个双开关组件2405、2410包括图15-20所示类型的两个开关。在一个实施例中,这种配置允许使用相同极性功率以附连双开关组件2405、2410中的每一个,使用相同极性功率以启用双开关组件2405、2410,并使用相同极性功率来对雷管点火。 [0085] 在图24所示的一个实施例中,一个双开关组件(例如级联T2中的双开关组件2410)的功率输出线耦合至就在其下面的级联中的双开关组件(例如级联T1中的双开关组件2405)的功率输入线。在一个实施例中,功率通过功率输入线进入双开关组件,并通过功率输出线被发送至另一双开关组件。在一个实施例中,附连线在第一(最低)级联(即级联T1)中被短路至功率输出线,并被用来携带功率以附连T1中的双开关组件2405。在一个实施例中,来自级联T1中的第一双开关组件2405的启用线被耦合至级联T2中的双开关嘴尖2410的附连线,并被用来附连该开关。在一个实施例中,点火线耦合至拟被激活的设备(DEV)。在一个实施例中,拟被激活的设备是雷管,并且点火线被用来引爆雷管。在一个实施例中,拟被激活的设备不是破坏性设备,并且点火线被用来激活该非破坏性设备的功能。 [0086] 图25所示的双开关组件的一个实施例包括图15-20所示类型的两个开关S1、S2,这两个开关仅使用一组常开触头(例如触头A1和A2)以及一组常闭触头(例如触头B1和B2)。在一个实施例中,开关S1具有一组常开触头S1c1以及一组常闭触头S1c2。在一个实施例中,这组常开触头S1c1类似于图15-22中的触头A1/A2或C1/C2。在一个实施例中,这组常闭触头S1c2类似于图15-22中的触头B1/B2。 [0087] 回到图25,在一个实施例中,功率输入线耦合至常闭S1c2触头的一侧并耦合至常开S1c1触头的一侧。在一个实施例中,S1c2触头的另一侧通过由图25中所示的开圆表示的液压密封耦合至功率输出线。在一个实施例中,S1c1触头的另一侧耦合至二极管d3的阳极和二极管d2的阴极。在一个实施例中,二极管d2的阳极耦合至由电阻器标志表征的开关S2的激活部件,例如前面描述的崩溃部件1540或限位部件905。在一个实施例中,开关S2的激活部件的另一侧耦合至地。在一个实施例中,二极管d3的阴极耦合至常开S2c1触头的一侧以及常闭S2c2触头的一侧。在一个实施例中,S2c1的另一侧耦合至启用线并耦合至串联连接的三个二极管d4、d5和d6中的第一个的阳极。在一个实施例中,二极管d6的阴极耦合至点火线。在一个实施例中,S2c2触头的另一侧通过液压密封耦合至附连线,并耦合至二极管d2的阳极。在一个实施例中,二极管d1的阴极耦合至由电阻器标志表征的开关S1的激活部件,例如前面描述的崩溃部件1540或限位部件905。在一个实施例中,开关S1的激活部件的另一侧耦合至地。 [0088] 在这种配置中,在一个实施例中,被施加至功率输入线的正功率流过常闭S1c2触头至功率输出线,但通过常开S1c1触头与开关中的任何其它组件阻断。在一个实施例中,被施加至附连线的正功率流动通过常开S2c1触头和二极管d3受到阻断,但流过二极管d1并激活开关S1,这使常闭S1c2触头断开并使常开S1c1触头闭合。 [0089] 在这种配置中,在一个实施例中,施加至功率输入线的负功率通过当前断开的S1c2触头受到阻断,但流过当前闭合的S1c2触头。在一个实施例中,功率通过二极管d3受到阻断但将流过二极管d2以激活开关S2,由此使常开S2c1触头闭合并使常闭S2c2触头断开。 [0090] 在那种配置中,在一个实施例中,将正功率施加至功率输入线通过当前断开的S1c2触头受到阻断但流过当前闭合的S1c1触头,流过d3,流过当前闭合的S2c1触头,流过二极管d4、d5和d6至拟被激活的设备(例如雷管)。在一个实施例中,正功率也流出启用线并附连另一开关,如下面参照图26讨论的那样。 [0091] 图26示出具有三个级联T1、T2和T3以及三个枪G1、G2和G3的打孔装置的一个实施例。在一个实施例中,三个级联中的每一个包括双开关组件,并且级联/枪组合中的每一个(即T1/G1、T2/G2和T3/G3)具有相同的极性配置。也就是说,在一个实施例中,与正功率施加的每个附连通过负功率的施加而启用,并通过正功率施加而点火。在一个实施例中,反转图26所示的所有二极管的极性将反转打孔装置的极性配置,由此各自通过负功率的施加而附连,通过正功率的施加而启用,并通过负功率的施加而点火。 [0092] 在一个实施例中,每个级联/枪的功率输出线耦合至后继的较低级联枪的功率输入线,除了在打孔装置的最下部的级联/枪(在图26所示的例子中是T1/G1)。在一个实施例中,T1/G1的功率输出线耦合至其附连线。在一个实施例中,所有其它级联/枪的附连线被连接至就在其下面的级联/枪的启用线。在一个实施例中,每个级联/枪的点火线被耦合至拟由每个级联/枪激活的设备。 [0093] 在一个实施例中,在“附连”过程中,施加至T3/G3的功率输入线的正功率流过常闭的T3-S1c2触头、常闭的T2-S1c2触头、常闭的T1-S1c2触头、T1功率输出线、T1附连线、T1-d1,并激活T1-S1,由此断开T1-S1c2和闭合T1-S1c2。 [0094] 在一个实施例中,在附连过程之后的“启用”过程中,施加至T3/G3的功率输入线的负功率流过常闭的T3-S1c2触头、常闭的T2-S1c2触头、当前闭合的T1-S1c1触头、T1-d2,并激活T1-S2,由此闭合T1-S1c 1和断开T1-S2c2。 [0095] 在一个实施例中,在启用过程之后的“点火”过程中,施加至T3/G3的功率输入线的正功率流过常闭的T3-S1c2触头、常闭的T2-S1c2触头、当前闭合的T1-S1c1触头、当前闭合的T1-S2c1触头,并被施加: [0096] 通过T2-d1至T2-S1,以及 [0097] 通过T1-d4、T1-d5和T1-d6至DEV1。 [0098] 在一个实施例中,T2-S1的启动部件的电阻被设计成显著小于DEV1的电阻(在一个实施例中前者是后者的10%;在一个实施例中,前者是后者的5%;在一个实施例中,前者是后者的1%),由此流过T1-S2c1的多数电流将流至T2-S1而不是DEV1。此外,在一个实施例中,二极管T1-d4、T1-d5和T1-d6(串联的二极管的实际数目是可变的和根据设计选择的)确保跨T2-S1的电压大于跨DEV1的电压。在一个实施例中,T2-S1被设计成在低于启动DEV1所需的电压的电压下启动。结果,在一个实施例中,T2-S1将在DEV1启动之前启动。 [0099] 在一个实施例中,T2-S1的启动使常闭T2-S1c2触头断开,这剥夺了DEV1通过T1-S1c1和T1-S2c1接收的功率。然而,在一个实施例中,T2-S2被设计成使T2-S1c1在T2-S1c2断开前闭合。结果,在一个实施例中,正功率通过T2-S1c1、T2-d3、常闭T2-S2c2以及T1-d4、T1-d5和T1-d6被施加至DEV1。在一个实施例中,由于T1-S1的启动,功率不再流至T1-S1。因此,在一个实施例中,全部正功率流至DEV1,由此使其启动。在一个实施例中,DEV1的启动破坏T1/G1并使G1区域溢流。在一个实施例中,当前断开的T2-S1c2触头使功率输入线与溢流的G1区域隔离。 [0100] 在一个实施例中,另一级联/枪以相同方式工作。 [0101] 尽管在本文中在油井打孔操作的背景下对点火夹开关进行了描述,然而应当理解,前述开关也可用于其它背景中。此外,在油井打孔操作的背景下,本文描述的点火开关可用于定位工具的启动。 [0102] 本文中的词语“耦合的”表示直接连接或间接连接。 |