用于电子时间延迟的方法和装置以及包括它们的系统.pdf

本发明公开了电子时间延迟装置以及使用方法。可以构造为井穿孔系统的炸药或推进剂系统包括电子时间延迟组件，该电子时间延迟组件包括输入子组件、电子时间延迟电路和输出子组件。输入子组件由外部刺激来驱动，其中，元件进行移动，以便起动电子时间延迟电路。电子时间延迟电路包括时间延迟装置，该时间延迟装置与电压点火电路连接。电子时间延迟电路计数时间延迟，且在完成时升高电压直至超过临界点火电压。当超过临界点火电压时，电压激发器开关将击穿，以便将能量传递给电起动器，从而起动输出子组件中的炸药引爆剂。炸药引爆剂提供引爆输出，以便起动下一个炸药或推进剂元件，例如在井穿孔系统中的一组聚能炸药。

1.  一种时间延迟装置，包括：
输入组件，该输入组件包括构造成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应启用的电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。

2.  根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路还包括隔离元件，该隔离元件构造成当它的部件与液体接触时使得电源与电子时间延迟电路电隔离。

3.  根据权利要求2所述的时间延迟装置，其中，隔离元件包括：
导电输入装置，该导电输入装置与电源可操作地连接，并构造成接收电信号；
导电输出装置，该导电输出装置与电子时间延迟电路可操作地连接，并构造成输出电信号；
可膨胀小球，该可膨胀小球至少部分地位于导电输入装置和导电输出装置之间，并构造成在与液体接触时膨胀；以及
至少一个导电电线，该导电电线可操作地连接在导电输入装置和导电输出装置之间，并邻近小球和越过该小球延伸。

4.  根据权利要求1所述的时间延迟装置，还包括：输出组件，该输出组件包括炸药引爆剂，并构造成响应点火指令提供引爆输出。

5.  根据权利要求1所述的时间延迟装置，还包括：电源，该电源与输入组件连接。

6.  根据权利要求5所述的时间延迟装置，其中：输入组件包括接触组件，该接触组件构造成在其元件移动时与该元件啮合，并能够进行电源连接。

7.  根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：所述构造成用于移动的元件包括撞针，输入组件的壳体包括在其内的撞针孔，该撞针孔用于容纳撞针，撞针包括纵向轴线，并构造成通过施加的外力而沿该纵向轴线移动。

8.  根据权利要求7所述的时间延迟装置，还包括：至少一个剪切销，该剪切销通过所述壳体来固定，并基本横向延伸穿过撞针，其中，该至少一个剪切销定位和构造成通过撞针响应施加的外力的移动而被剪切。

9.  根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括振荡器，该振动器与至少一个计数器装置可操作地连接。

10.  根据权利要求5所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路构造成在时间延迟完成后使得来自电源的剩余能量流向地线电压。

11.  根据权利要求5所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括电压点火电路，该电压点火电路构造成增加由电源提供的电压。

12.  根据权利要求11所述的时间延迟装置，其中：电压点火电路包括激发器，该激发器构造成使得电压点火电路与起动器隔离。

13.  根据权利要求12所述的时间延迟装置，其中：激发器还构造成当电压超过预定临界点火电压时将由电压点火电路增加的电压传送给起动器。

14.  根据权利要求12所述的时间延迟装置，其中：电压点火电路包括至少一个电容器，该电容器与激发器可操作地连接，并构造成将增加的电压传送给激发器。

15.  根据权利要求12所述的时间延迟装置，还包括：炸药引爆剂，该炸药引爆剂构造成响应点火指令提供引爆输出，其中，起动器构造成在接收增加的电压时起动炸药引爆剂。

16.  根据权利要求4所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路布置在基本管形壳体内。

17.  一种时间延迟装置，包括：
输入组件，该输入组件包括构造成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路包括隔离元件，该隔离元件构造成当它的部件与液体接触时使得电源与电子时间延迟电路电隔离，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应启用的无隔离电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。

18.  根据权利要求17所述的时间延迟装置，其中，隔离元件包括：
导电输入装置，该导电输入装置与电源可操作地连接，并构造成接收电信号；
导电输出装置，该导电输出装置与电子时间延迟电路可操作地连接，并构造成输出电信号；
可膨胀小球，该可膨胀小球至少部分地位于导电输入装置和导电输出装置之间，并构造成在与液体接触时膨胀；以及
至少一个导电电线，该导电电线可操作地连接在导电输入装置和导电输出装置之间，并邻近小球和越过该小球延伸。

19.  根据权利要求18所述的时间延迟装置，其中：可膨胀小球包括压缩海绵。

20.  根据权利要求18所述的时间延迟装置，还包括：壳体，该壳体至少部分地包围隔离元件。

21.  根据权利要求18所述的时间延迟装置，其中：可膨胀小球构造成由于膨胀而与该至少一个电线接触，并使该至少一个电线断裂。

22.  根据权利要求17所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括75KHz石英晶体振荡器、36KHz石英晶体振荡器和26.5KHz石英晶体振荡器中的至少一个，所述石英晶体振荡器与至少一个计数器装置可操作地连接。

23.  根据权利要求17所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括电压点火电路，该电压点火电路包括构造成增加由电源提供的电压的电压二倍器和电压四倍器中的至少一个。

24.  一种井穿孔系统，包括：
传送装置；
穿孔枪，该穿孔枪悬挂在传送装置上；
点火头，该点火头悬挂在传送装置上，并与穿孔枪可操作地连接；以及
时间延迟装置，该时间延迟装置在点火头中，并包括：
输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应启用的电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。

25.  一种井穿孔系统，包括：
传送装置；
穿孔枪，该穿孔枪悬挂在传送装置上；
点火头，该点火头悬挂在传送装置上，并与穿孔枪可操作地连接；
电源；以及
时间延迟装置，该时间延迟装置在点火头中，并包括：
输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路包括隔离元件，该隔离元件构造成当它的部件与液体接触时使得电源与电子时间延迟电路电隔离，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应启用的无隔离电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。

26.  一种在炸药或推进剂系统中使用电子时间延迟装置的方法，包括：
向元件施加外力，以便使该元件响应该外力而移动；
响应元件的移动而使电源与电子时间延迟电路连接；
响应电源的连接而提供电子时间延迟；以及
在电子时间延迟之后使得来自电源的电压增加至预定的更高临界点火电压。

27.  根据权利要求26所述的方法，还包括：利用至少一个剪切销来固定元件以防止移动。

28.  根据权利要求26所述的方法，还包括：起动炸药引爆剂，以便响应预定的更高临界点火电压来提供引爆输出。

29.  根据权利要求26所述的方法，还包括：使至少一个电容器充电成具有预定的更高临界电压。

30.  根据权利要求26所述的方法，其中：增加电压包括通过变压器来增加电压。

31.  根据权利要求30所述的方法，还包括：利用变压器来将电压增加至基本550V。

32.  根据权利要求31所述的方法，其中：增加电压还包括利用倍增器来增加来自变压器的电压。

33.  根据权利要求32所述的方法，还包括：利用倍增器来增加电压至基本600V。

34.  一种使电子时间延迟电路停用的方法，包括：
提供连接在电源和电子时间延迟电路之间的隔离元件；以及
响应隔离元件的部件与液体的接触而使得电源与电子时间延迟电路隔离。

35.  根据权利要求34所述的方法，其中：使电源与电子时间延迟电路隔离包括使所述部件膨胀以便断裂至少一个电线。

用于电子时间延迟的方法和装置以及包括它们的系统
优先权要求
本申请要求美国专利申请No.11/876841的申请日的优先权，该美国专利申请No.11/876841的申请日为2007年10月23日，标题为“Methods and Apparatuses for Electronic Time Delay and SystemsIncluding Same”，它要求美国专利申请No.11/553361的优先权，并且是该美国专利申请No.11/553361的部分继续申请，该美国专利申请No.11/553361的申请日为2006年10月26日，标题为“Methods andApparatuses for Electronic Time Delay and Systems IncludingSame”。
技术领域
本发明在各个实施例中通常涉及时间延迟装置，特别是涉及包括适合用于起动炸药和推进剂的电子时间延迟组件的装置，本发明还涉及包括电子时间延迟系统的系统以及它的操作方法。
背景技术
用于完成油井或天然气井的穿孔系统为本领域公知。穿过地层钻探以便抽取油和天然气形式的烃的井筒通常这样加衬，即通过将钢壳或衬套插入井中，并使得壳或衬套的至少一部分由水泥粘接就位，以便防止高压流体使壳或衬套向上移动至井筒外部。通过形成穿过壳或衬套的壁和穿过周围水泥进入岩层的孔(称为孔眼)，可能产生烃的地下岩层直接与壳或衬套内部连接。孔眼通常通过引爆聚能炸药而形成，该聚能炸药布置在壳内在邻近要生产油或天然气的岩层处。聚能炸药构造成将炸药引爆的能量引导成聚焦、狭窄的图形(称为“射流”)，以便在壳中产生孔。
通常，井穿孔系统包括点火头和穿孔枪，它们都悬挂在传送装置例如管形绳索(它可以包括所谓的“油管柱”)上并放低至井中。井穿孔系统通常还包括各种部件，例如包括封隔器、撞针、炸药引爆剂和时间延迟装置。时间延迟装置需要在增压事件和随后的穿孔事件之间向操作人员提供足够时间，以便使用于穿孔的井压力平衡，从而保证油或天然气最佳地流入井中。使井压力平衡是重要的步骤，因为当不这样做或者当步骤不正确地进行时，可能导致当壳或衬套内存在的静液压不充分时或者当存在太大静液压时设备受损以及可能伤害设备操作人员，且在没有补救措施的情况下，通过穿孔操作而暴露的生产岩层可能受到污染或者危及或阻碍生产。另外，对于正确压力平衡的井，生产岩层流体将立即和快速地通过油管柱的内部向上流动，并以合适的控制方式流向地面。因此，重要的是使用的时间延迟装置要可靠和精确，以便有充分的时间来使井压力平衡。现有技术中通常使用的时间延迟装置使用烟火(pyrotechnic)时间延迟保险丝。如后面更详细所述，基于保险丝的烟火时间延迟装置可靠和准确以及有时间限制，这可能最终导致更复杂，并增加了油工具厂的顾客的成本。
图1显示了在井10中的普通井穿孔系统20。井10通过首先钻出井筒12而构成，井壳14布置在该井筒12内，并由水泥粘接就位，如在16处所示。特别是，穿孔枪34、机械释放器28、封隔器24和点火头32由油管柱22携带。穿孔枪34和点火头32在油管柱22上放低至井10中的选定位置并邻近要进行生产的地下岩层18。密封件通过封隔器24而布置在油管柱22的外部和壳14的壁38之间，以便确定在封隔器24上面的井环形部分40以及在封隔器24下面的隔离区域42。穿孔系统20还包括位于封隔器24下面的通气孔56。通气孔56允许在隔离区域42和管孔58之间直接连接，以便保证在管孔58和隔离区域42内的流体压力基本相等。当命令点火穿孔枪34时，在点火头32内的驱动活塞50响应由操作人员起动的、油管柱22中的流体压力升高而运动。活塞50的运动释放撞针52，从而起动点火顺序。
如上所述，普通的穿孔系统可以提供有位于点火头28内的烟火时间延迟装置30。烟火时间延迟装置30用于在点火头28的起动和由穿孔枪34承载的聚能炸药的随后点火之间提供时间延迟，以便如上所述使井10压力平衡，用于优化穿孔。本领域已知的烟火时间延迟装置提供最大8分钟的时间延迟。因此，为了获得更长延迟，操作人员被迫使得多个烟火时间延迟装置以串联形式串在一起。例如，附加延迟装置可以连接在一起，以便获得更长延迟的定时器。
由于在穿孔井孔中涉及的时间和成本以及使用的装置的炸药功率，重要的是使它们的操作可靠和精确。串在一起的多个烟火时间延迟装置降低了系统的可靠性，并增加了系统成本和复杂性。
因此需要一种提高井穿孔系统的系统可靠性和操作灵活性的方法和装置。特别是，需要一种在井穿孔系统中使用的时间延迟装置，以便使井穿孔系统能够充分和准确地进行定时操作，从而使井压力平衡，用于优化穿孔结果。这样的时间延迟装置优选是具有很高的可靠性水平以及较低的成本水平和制造复杂性。
发明内容
本发明的实施例包括一种时间延迟装置，该时间延迟装置包括输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件。时间延迟装置还包括电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路与输入组件连接，并构造成响应启用的电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。
本发明的另一实施例包括井穿孔系统，该井穿孔系统包括：传送装置；穿孔枪，该穿孔枪悬挂在传送装置上；点火头，该点火头悬挂在传送装置上，并与穿孔枪可操作地连接；以及时间延迟装置，该时间延迟装置在点火头中。该时间延迟装置包括输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件。时间延迟装置还包括电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路与输入组件连接，并构造成响应启用的电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。
本发明的另一实施例包括在炸药或推进剂系统中使用电子时间延迟装置的方法。该方法包括向元件施加外力，以便使该元件响应该外力而移动；响应元件的移动而使电源与电子时间延迟电路连接；响应电源的连接而提供电子时间延迟；以及在电子时间延迟之后使得来自电源的电压增加至预定的更高临界点火电压。
本发明的另一实施例包括一种时间延迟装置，该时间延迟装置包括：输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及电子时间延迟电路。电子时间延迟电路包括隔离元件，该隔离元件构造成使得电源与电子时间延迟电路电隔离，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应启用的无隔离电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。
本发明的又一实施例包括井穿孔系统，该井穿孔系统包括：传送装置；穿孔枪，该穿孔枪悬挂在传送装置上；点火头，该点火头悬挂在传送装置上，并与穿孔枪可操作地连接；以及时间延迟装置，该时间延迟装置在点火头中。该时间延迟装置包括：输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及电子时间延迟电路。电子时间延迟电路包括隔离元件，该隔离元件构造成使得电源与电子时间延迟电路电隔离，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应启用的无隔离电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。
本发明的又一实施例包括一种使电子时间延迟电路停用的方法。该方法包括：提供连接在电源和电子时间延迟电路之间的隔离元件；以及响应隔离元件的部件与液体的接触而使得电源与电子时间延迟电路隔离。
附图说明
图1是显示在井中的普通穿孔系统的剖视图；
图2是显示根据本发明实施例的、设置为井穿孔系统的炸药或推进剂系统的剖视图；
图3是显示根据本发明实施例的电子时间延迟组件的剖视图；
图4是显示根据本发明实施例的撞针子组件的剖视图；
图5是根据本发明实施例的电子时间延迟电路的方框图；
图6是根据本发明实施例的电子时间延迟组件的流程图；
图7A-7F显示了根据本发明实施例的水切断部件的方框图；以及
图8是根据本发明实施例的、包括水切断部件的电子时间延迟电路的方框图。
具体实施方式
本发明在各个实施例中包括操作电子时间延迟组件的装置和方法，该电子时间延迟组件适合用于炸药或推进剂系统内，该炸药或推进剂系统例如设置为井穿孔系统，以便解决与普通时间延迟装置相关的可靠性问题以及成本和复杂性的问题。
在下面的说明中，电路和功能可以以方框图形式表示，以便不会在不需要的细节中模糊本发明。相反，所示和所述的特定电路实施方式只是实例，并不能认为是实施本发明的唯一方式，除非在本文中另外特别说明。另外，方框定义和在各方框之间的逻辑分隔是特定实施方式的实例。本领域普通技术人员显然知道，本发明可以通过多种其它的分隔方案来实施。对于大部分部件，涉及定时等的细节将省略，其中，这些细节并不是充分理解本发明所必须的，且在相关领域的普通技术人员的能力内。
在本说明书中，一些附图可以将信号表示为单个信号，以便清楚地表示和说明。本领域普通技术人员应当知道，信号可以表示为信号总线，其中，该总线可以有各种位宽度，且本发明可以使用任意数目的数据信号，包括单个数据信号。
在本发明的所述实施例中，介绍了包括本发明实施例的系统和元件，以便于更好地理解本发明的所述实施例的功能，因为它可以在这些系统和元件中实施。
图2显示了设置为井穿孔系统110的炸药或推进剂系统的实施例，该井穿孔系统110布置在井102中。井102通过首先钻出井筒108而构成，井壳104布置在该井筒108中，该井壳104用水泥粘接就位，如106处所示。井102贯穿地下岩层120(希望从该地下岩层120中生产烃例如油和/或天然气)。系统110包括传送装置136，该传送装置136同轴地插入壳104内部。传送装置136可以是任意合适装置，例如钢丝绳、钢丝、油管柱、挠性油管等。如前所示，传送装置136包括插入管，且为了简洁和容易说明，它在本文中称为油管柱。油管柱136从地面上的钻机延伸穿过壳104，且井穿孔系统的部件(例如封隔器132、机械释放装置130、点火头128和穿孔枪124)布置在该油管柱136的下端或远端处。
封隔器132提供用于在油管柱136的外部和壳104的壁112(该壁112也称为壳孔壁或井筒壁112)之间密封的结构。所形成的密封提供了在封隔器132上面在油管柱136和井筒壁112之间的井环形部分138以及在封隔器132下面的井102的隔离区域116。穿孔系统110还包括位于封隔器下面的通气孔140。通气孔140能够在隔离区域116和管孔142之间进行液压连通，以便保证在管孔142和隔离区域116中的流体压力基本相等。
穿孔枪124悬挂在油管柱136上并在隔离区域116中且邻近要进行穿孔的地下岩层120。穿孔枪124构造成引爆和点火聚能炸药以便在壳104中以及在环绕的水泥106和岩层120中产生孔或者孔眼122。图2表示了在引爆穿孔枪124之后的井穿孔系统，因此，壳104、水泥106和岩层120包括穿过延伸的孔眼122。当油管柱136和井穿孔系统的部件首先放低至井102中时，并没有图2中所示的孔眼122。机械释放装置130使得操作人员能够在穿孔枪124点火后使穿孔枪124落向井102的底部。
点火头128悬挂在油管柱136上并位于穿孔枪124的上方。特别是，根据本发明实施例，点火头128包括电子时间延迟组件126。如后面详细所述，电子时间延迟组件126提供了多个安全特征，包括各个电路和激发器隔离特征以及机械隔离特征。另外，电子延迟组件126提供了时间延迟，以便使操作人员能够有充分的时间来使井102压力平衡，用于最佳性能。换句话说，时间延迟使得操作人员能够使隔离区域116中的压力改变成岩层120中的岩层流体所需。电子时间延迟组件126通过进行更长、更高可选择性的时间延迟(与普通的烟火时间延迟保险丝相比)而提供该时间延迟能力。例如，电子时间延迟组件126可以提供直到例如至少10小时的选择延迟时间。
图3显示了根据本发明实施例的电子时间延迟组件126。如图所示和如下面所述，电子时间延迟组件126明显提供了井穿孔系统的功能，包括提供了可靠和增加的时间延迟，增加了时间延迟的持续时间，并提供了安全特征，包括电路和炸药引爆剂起动器隔离。
如图3中所示，电子时间延迟组件126可以包括输入模块206、电子时间延迟电路212和输出模块208。输入模块206可以设置为撞针子组件，而输出模块208可以设置为炸药引爆剂子组件。电子时间延迟电路212包含在中心的管形壳体204中，该管形壳体204可以例如通过激光焊接而分别在位置202和203处安装在输入模块206和输出模块208上。例如，管形壳体204可以由钢制成，并有在管形壳体204的各端处的弹性保持器260。弹性保持器260提供了电子时间延迟电路212的机械支承以及电和机械隔离。后面将更详细介绍的输出模块208可以构造成提供引爆输出，以便激发穿孔枪124的随后点火(见图2)。
图4显示了根据本发明实施例的输入模块206。如图所示，输入模块206包括撞针301、剪切销组件302以及接触组件305，该接触组件305由壳体328承载，该壳体328有穿过的撞针孔324，撞针孔324在330处颈缩成更小中间直径的孔，然后在接触组件305处增大直径。剪切销组件302可以包括横穿壳体328延伸的单个剪切销712，或者可以包括双剪切销结构，该双剪切销结构包括第一剪切销712和第二剪切销710，它们各自伸入撞针301中。剪切销组件302穿过撞针301和壳体328壁中的孔334而从输入模块206的第一侧320延伸至第二侧322。例如，剪切销组件302可以包括线圈弹簧销。接触组件305可以包括第一接触组件308、第二接触组件310和环形接触件304，该环形接触件304穿过第一和第二接触组件308、310延伸。引线312和314可以从撞针子组件206的一端凸出，并可以与电子时间延迟电路212可操作地连接(见图3)。引线312与由第一接触组件308承载的环形接触件304连接，而引线314与由第二接触组件310承载的环形接触件304连接。
布置在撞针孔324中的撞针301具有纵向轴线L，并可以包括布置成从撞针301的一端处伸出的撞针接触件306。撞针301的相对端300构造成接收来自外力的点火刺激，例如在隔离区域116中的液压或者来自落下重物的冲击力。如图所示，撞针301构造成用于压力驱动，并包括环绕它布置在环形槽338中的环形密封件336。作用在撞针301上(特别是端部300上)的足够外力将剪切该剪切销组件302的销710、712，并使得撞针301能够向右移动(如图中所示方位)，或者在井穿孔系统110(见图2)中向下和朝着接触组件305移动。当移动时，撞针301可以沿撞针子组件206运行固定距离，并在环形壁326处停止，这时，该环形壁326使得撞针接触件306能够进一步伸入接触组件305中。当进入接触组件305中时，撞针接触件306与电接触件304啮合，并用作开关S，以便使电源408与电子时间延迟电路212连接(见图5)。为了简洁和容易说明，电源408将在本文中称为电池408。当与电池408连接时，电子时间延迟电路212将通电，并将开始合适的选定时间延迟。电源408还可以包括电容类型的电储存装置(代替电池)，或者电可以由外部电源来提供。使用的电源408的类型对于本发明的实施并不重要，电源的优选类型可以根据发明的特定实施例和用途而变化。
如上所述，输入模块206用作需要外力或刺激来用于驱动的电开关。该结构通过使电池408与电子时间延迟电路212隔离(图5)直到施加令人满意的外力或刺激而提供了重要的安全特征。因此，基本消除了过早引爆的任何变化。所需外力或刺激的类型和大小可以根据本发明的实施例和用途而变化，且并不局限于如上述施加压力或冲击力。
图5显示了根据本发明实施例的电子时间延迟电路212的方框图。如下面所述，电路212包括与电压点火电路502连接的电子时间延迟装置500。电路212也包括电池408和电源电压端子VDD。如上面参考图4所述，电池408可通过电开关S(该电开关S由电接触件304与撞针接触件306配合而提供)而选择地与电源电压端子VDD连接。当撞针接触件306与环形接触件304啮合时，电池408与电源电压端子VDD连接，从而使电子时间延迟装置500和电压点火电路502与电池408连接。例如，电池408可以在低于10伏的开路电压中提供连续电流，一个合适电压为大约3.90伏(VDC)。
电子时间延迟装置500包括振荡器402，该振荡器402以选定频率振荡，并与计数器装置417可操作地连接。振荡器402和计数器装置417构造成计数合适的时间延迟。例如，振荡器402可以包括75KHz的晶体振荡器。计数器装置417可以包括例如一对CD4060B二进制计数器/分配器装置414、415(由Texas Instruments of Dallas，Texas提供)。根据合适时间延迟，可以使用单个计数器装置，或者多个计数器装置可以一起串联使用，以便获得更长延迟。例如，当希望8分钟延迟时，可以使用单个8分钟计数器装置。类似的，当希望30分钟延迟时，可以使用30分钟计数器装置。另一方面，当无法获得30分钟计数器装置时，一对计数器装置(总延迟时间为30分钟)可以串联连接于加法器结构中，以便计数合适延迟。例如，一个20分钟计数器/分配器装置可以与10分钟计数器连接，或者也可选择，两个15分钟计数器可以连接在一起，以便产生合适的30分钟延迟。也可选择，一对计数器可以串联连接于乘法器结构中，以便获得合适的时间延迟。例如，当30分钟时间延迟希望使用乘法器结构时，第一装置将计数15分钟，且当完成15分钟时，第二装置将增量至值1。随后，第一装置将再次计数15分钟，且完成时，第二装置将再次增量至值2。因此，在乘法器结构中，对于75KHz振荡器，第一装置只需要计数15分钟(67500000时钟循环)，第二装置只需要计数2秒钟的值(150000时钟循环)。
在一个实施例中，振荡器402可以包括石英晶体振荡器，且计数器装置417可以包括至少一个具有14个触发(flip-flop)级的CD4060B二进制计数器/分配器装置。在该实施例中，采用频率为75KHz的振荡器，可以在第一CD4060B二进制计数器/分配器装置(即，75000Hz/2^14＝4.577Hz)的第14级输出时具有4.577Hz的频率(时间周期为0.21845秒)。而且，可以使用第二CD4060B二进制计数器/分配器装置，然后可以在二进制步骤中计数0.21845时间增量。对于计数器装置417，最后触发级的升高边缘(它可以用于发出点火指令)将在前一个触发级完成后出现。因此，可以利用两个CD4060B二进制计数器/分配器装置和75KHz石英晶体振荡器获得的最大可能时间延迟是1790秒(2^13×0.21845秒)。使用两个CD4060B二进制计数器/分配器装置和75KHz石英晶体振荡器，在第13级输出时可以获得895秒的时间延迟，在12级输出时可以获得448秒的时间延迟。
对于在30和60分钟之间的合适时间延迟，可以使用36KHz石英振荡器。对于在60和90分钟之间的合适时间延迟，可以使用25.6KHz石英振荡器。对于大于90分钟的时间延迟，可以使用第三CD4060B二进制计数器/分配器装置。因此，人们可以根据合适时间延迟来选择石英晶体振荡器。
与普通的烟火时间延迟相反，本发明的实施例例如可以提供从很短时间(例如8分钟)至长得多的时间(例如几小时)的时间延迟。与普通的烟火保险丝类型的时间延迟装置相比，这种能力降低了成本和复杂性，并增加了操作灵活性和可靠性，因为只需要一个时间延迟单元和设置以及只需要一个引爆传递事件。另外，因为电部件的很高精度水平，电子时间延迟的定时精度和精确性都优于普通的烟火时间延迟保险丝，该普通烟火时间延迟保险丝可能受到不可预计的燃烧速率的影响。
如图5中所示，电子时间延迟装置500与高电压发生器晶体管416可操作地连接，该高电压发生器晶体管可以用作开关，因此与变压器420可操作地连接。变压器420再与电压倍增器404可操作地连接。例如，变压器420可以构造成由大约3VDC的输入(例如3V电池)产生工作频率为25KHz的大约550VAC电压。倍增器404可以包括电压二倍器，该电压二倍器包括构造成由AC输入产生用于点火脉冲的电压的二极管/电容器对结构(对于3.3V电池产生最大1300V)。电压倍增器404与点火电容器504可操作地连接，该点火电容器504再与激发器406的输入侧可操作地连接。点火电容器504例如包括3个0.1μF电容器，这3个电容器通过22M欧的电阻器来并联充电，并构造成提供基本600V(620V+/-50V)的点火脉冲。激发器406的输出侧与起动器418可操作地连接，该起动器418再与炸药引爆剂子组件208(见图3)可操作地连接。例如，激发器406可以包括气体放电管，该气体放电管并不导电，除非(在所述实施例中)横过该管施加基本600V(620V+/-50V)或更高的电压水平。在一些情况下，优选是激发器406或气体放电管可以包括不同的击穿电压。因此，在一个实施例中，电压倍增器404可以包括构造成产生基本2500V电压的电压四倍器。
下面将介绍图5中所示的电路212的操作。在输入模块206中的撞针接触件306与两个电接触件304(见图4)啮合后，电池408与电路212连接，从而开始合适的选定时间延迟。该合适的选定时间延迟利用振荡器402并接合计数器装置417来提供。如上所述，时间延迟可以通过使用一个或多个计数器/分配器装置来编程或预先选择，以便产生合适时间延迟。当完成合适的选定时间延迟时，电子时间延迟装置500在高电压发生器晶体管416的门处发出点火指令。随后，在节点514处的电池电压输入变压器420中，且变压器420在节点516处产生比在节点514处的电池电压高得多的第一中间电压。然后，在516处的第一中间电压输入电压倍增器404中，且电压倍增器404在节点518处产生比在节点516处的第一中间电压高得多的第二中间电压。然后，点火电容器504充电，且当在节点520处达到临界点火电压时，点火电容器504通过激发器406向起动器418施加脉冲。例如，激发器406可以有600V的击穿电压。因此，当点火电容器504中的电压达到600V时，激发器406击穿，且电压横过激发器406施加在起动器418上，该起动器418再起动包含在引爆剂子组件208(见图3)中的炸药引爆剂。
激发器406通过使起动器418与电路212隔离而提供了本发明实施例的明显安全特征，该电路212再隔离静电放电(ESD)和寄生电压(它们将导致过早引爆)以及提供安全性。作为进一步的安全特征，电路212的振荡器402可以构造成在经过时间延迟后和在电压施加于起动器418处之后继续振荡。因此，储存在电池408中的任意剩余能量将通过充电和放电振荡器而耗尽。另外，本发明的一个实施例可以包括电阻器522，该电阻器522可在电池408和地电压VSS之间可操作地连接。因此，储存在电池408中的任何剩余能量都可以通过电阻器522而流出至地电压VSS。
尽管图5中显示了电子时间延迟电路212的一个实施例，但是各种其它设计(包括时间延迟装置和电压点火线圈)都在本发明的范围内。
再参考图3，在本发明的一个实施例中，输出模块208提供引爆输出，以便起动穿孔枪124(见图2)。输出模块208可以包括输出炸药250和初始炸药252。例如，引爆剂子组件208可以包括730毫克(mg)的六硝基茋(HNS)输出炸药250和200mg叠氮化铅初始炸药252。例如，炸药引爆剂子组件208可以构造成在引爆时起动随后的炸药或推进剂系列事件。
图6是电子时间延迟组件126的操作方法实施例的流程图。在井穿孔系统放低至井中，且油或天然气抽取处理准备开始时，如上所述，外力施加在位于点火头中的输入模块206上。作用在输入模块206的撞针上的外力使得一个或多个剪切销进行剪切604，这使得撞针能够在输入模块206内移动，并使得电池与电子时间延迟电路连接。然后，电子时间延迟电路再通电，并开始合适的时间延迟604。在振荡器与计数器装置一起计数时间延迟606后，向高电压发生器晶体管的门发出点火指令608。随后，由变压器610产生比电池电压高得多的第一电压。然后，电压倍增器产生比第一中间电压高得多的第二电压612。然后，点火电容器进行充电614，且当达到点火电压时，激发器装置被击穿，且电脉冲施加在起动器616上，该起动器616再起动炸药引爆剂618。
再参考图2，在井10在时间延迟过程中压力平衡且穿孔枪124进行点火之后，在岩层压力下产生的岩层流体将快速地从岩层120流出至隔离区域116中，并通过通气孔140向上通过油管柱136流向地面。
图7A-7D和图7E-7F分别显示了电路隔离元件702的俯视图和侧视图，该电路隔离元件702可以包含在参考图5所述的电子时间延迟电路212中。电路隔离元件702可以构造成在它的部件与水或任意其它流体(例如钻井液或“泥浆”)接触时使得与它可操作地连接的电路与电源电隔离。为了简洁和容易说明，电路隔离元件702在本文中将称为水切断(WASH)部件702。如图7A中所示，WASH部件702可以包括WASH壳体703。例如，WASH壳体703可以包括塑料壳体，并可以额定承受180℃温度。另外，WASH部件702可以包括导电输入装置706和导电输出装置708。如后面参考图8所述，导电输入装置706可以与电池408可操作地连接，且导电输出装置708可以与时间延迟电路212′可操作地连接。WASH部件702还可以包括小球保持器704，该小球保持器704构造成接收小球710(见图7B-7D)。小球710例如可以只通过额定承受260℃温度的环氧树脂而安装在小球保持器704上。例如，小球710可以包括压缩的脱水纤维素海绵材料，它的直径为5毫米，厚度在压缩状态下在基本0.8-1.0毫米之间。而且，小球710的海绵材料可以构造成当与水或任意其它液体接触时厚度大大膨胀。例如，小球710可以构造成当暴露于液体中时基本膨胀至它的压缩厚度的10倍。
如图7C中所示，导电输入装置706和导电输出装置708可以通过至少一个电线712而可操作地连接在一起，该电线712与小球710相邻并横过该小球710延伸。例如，至少一个电线712可以包括直径基本为37微米且额定为1.0安培的铝接合线。例如，WASH部件702可以包括相邻的两个电线712，这两个电线712以交叉方式横过小球710延伸，如图7C中所示。
当暴露于液体中时，小球710可以构造成朝着电线712膨胀，并最终使电线712断开，从而导致图7D和7F中所示的结构。如图7D和7F中所示，小球710′膨胀，从而形成断裂的电线712′。因此，输入装置706与输出装置708电隔离。
图8显示了根据本发明实施例使用WASH部件702的电子时间延迟电路212′的方框图。与图5中所示的电子时间延迟电路212类似，电子时间延迟电路212′包括与电压点火电路502连接的电子时间延迟装置500。因此，上面参考图5对于电子时间延迟装置500、电压点火电路502和起动器418的介绍也用于电子时间延迟电路212′。此外，电子时间延迟电路212′包括WASH部件702，该WASH部件702在电池408和电源电压端子VDD之间可操作地连接。电池408可通过电开关S而与WASH部件702选择地连接，该电开关S由电接触件304与撞针接触件306配合提供(见图4)。当撞针接触件306与环形接触件304啮合时，电池408与WASH部件702连接，从而使电子时间延迟装置500和电压点火电路502与电池408连接。
下面将介绍使用WASH部件702的电路212′的预计操作。在输入模块206内的撞针接触件306与两个电接触件304啮合后(见图4)，电池408与WASH部件702的输入装置706(见图7A-7D)连接。电线702使得输入装置706与输出装置708可操作地连接，该输出装置708再与电源电压端子VDD可操作地连接。因此，当撞针接触件306和环形接触件304啮合时，电池与电子时间延迟装置500和电压点火电路502连接，从而开始合适的选定时间延迟。当水或任意其它液体与小球710接触时，小球710可以朝着电线712膨胀，与电线712接触，并最终使电线712断裂，从而形成断裂的电线712′(见图7D和7F)。因此，电池408与电子时间延迟装置500和电压点火电路502电脱开，因此停用时间延迟电路212′。该特征提高了对于操作人员的安全性，因为它保证当从井筒中取出时，由液体破坏的电子时间延迟将不会操作。
尽管本发明的电子时间延迟装置的实施例已经介绍和表示为用于井穿孔系统，但是它并不局限于此。例如，本发明的电子时间延迟装置可以在不同实施例中用于起动在井筒内的其它炸药或推进剂系统，例如管或壳切割器。此外，还考虑到本发明的电子时间延迟装置的实施例用于地下采矿和隧道操作，用于商业、工业和军用引爆操作，用于军械等，如本领域普通技术人员很容易知道。
尽管特定实施例已经通过附图中的实例来介绍和进行了详细说明，不过本发明可以有各种变化和改变形式。应当知道，本发明并不局限于所述的特殊形式。而是，本发明包括落在由下面的附加权利要求确定的本发明精神和范围内的所有变化、等效物和替换。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种时间延迟装置，包括：
输入组件，该输入组件包括构造成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应被启用的电源连接而提供时间延迟，在时间延迟完成时起动点火指令，以及增加由与输入组件连接的电源提供的电压。
2.根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路还包括隔离元件，该隔离元件构造成当它的部件与液体接触时使得电源与电子时间延迟电路电隔离。
3.根据权利要求2所述的时间延迟装置，其中，隔离元件包括：
导电输入装置，该导电输入装置与电源可操作地连接，并构造成接收电信号；
导电输出装置，该导电输出装置与电子时间延迟电路可操作地连接，并构造成输出电信号；
可膨胀小球，该可膨胀小球至少部分地位于导电输入装置和导电输出装置之间，并构造成在与液体接触时膨胀；以及
至少一个导电电线，该导电电线可操作地连接在导电输入装置和导电输出装置之间，并邻近小球且越过该小球延伸。
4.根据权利要求1所述的时间延迟装置，还包括：输出组件，该输出组件包括炸药引爆剂，并构造成响应点火指令提供引爆输出。
5.根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：输入组件包括接触组件，该接触组件构造成在其元件移动时与该元件啮合，并能够进行电源连接。
6.根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：所述构造成用于移动的元件包括撞针，输入组件的壳体包括在其内的撞针孔，该撞针孔用于容纳撞针，撞针包括纵向轴线，并构造成通过施加的外力而沿该纵向轴线移动。
7.根据权利要求6所述的时间延迟装置，还包括：至少一个剪切销，该剪切销通过所述壳体来固定，并基本横向延伸穿过撞针，其中，该至少一个剪切销定位和构造成通过撞针响应施加的外力的移动而被剪切。
8.根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括振荡器，该振动器与至少一个计数器装置可操作地连接。
9.根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路构造成在时间延迟完成后使得来自电源的剩余能量流向地线电压。
10.根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括电压点火电路，该电压点火电路构造成增加由电源提供的电压。
11.根据权利要求10所述的时间延迟装置，其中：电压点火电路包括激发器，该激发器构造成使得电压点火电路与起动器隔离。
12.根据权利要求11所述的时间延迟装置，其中：激发器还构造成当电压超过预定临界点火电压时将由电压点火电路增加的电压传送给起动器。
13.根据权利要求11所述的时间延迟装置，其中：电压点火电路包括至少一个电容器，该电容器与激发器可操作地连接，并构造成将增加的电压传送给激发器。
14.根据权利要求11所述的时间延迟装置，还包括：炸药引爆剂，该炸药引爆剂构造成响应点火指令提供引爆输出，其中，起动器构造成在接收增加的电压时起动炸药引爆剂。
15.根据权利要求1所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路布置在基本管形壳体内。
16.一种时间延迟装置，包括：
输入组件，该输入组件包括构造成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路包括隔离元件，该隔离元件构造成当它的部件与液体接触时使得电源与电子时间延迟电路电隔离，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应被启用的无隔离电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。
17.根据权利要求16所述的时间延迟装置，其中，隔离元件包括：
导电输入装置，该导电输入装置与电源可操作地连接，并构造成接收电信号；
导电输出装置，该导电输出装置与电子时间延迟电路可操作地连接，并构造成输出电信号；
可膨胀小球，该可膨胀小球至少部分地位于导电输入装置和导电输出装置之间，并构造成在与液体接触时膨胀；以及
至少一个导电电线，该导电电线可操作地连接在导电输入装置和导电输出装置之间，并邻近小球和越过该小球延伸。
18.根据权利要求17所述的时间延迟装置，其中：可膨胀小球包括压缩海绵。
19.根据权利要求17所述的时间延迟装置，还包括：壳体，该壳体至少部分地包围隔离元件。
20.根据权利要求17所述的时间延迟装置，其中：可膨胀小球构造成由于膨胀而与该至少一个电线接触，并使该至少一个电线断裂。
21.根据权利要求16所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括75KHz石英晶体振荡器、36KHz石英晶体振荡器和26.5KHz石英晶体振荡器中的至少一个，所述石英晶体振荡器与至少一个计数器装置可操作地连接。
22.根据权利要求16所述的时间延迟装置，其中：电子时间延迟电路包括电压点火电路，该电压点火电路包括构造成增加由电源提供的电压的电压二倍器和电压四倍器中的至少一个。
23.一种井穿孔系统，包括：
传送装置；
穿孔枪，该穿孔枪悬挂在传送装置上；
点火头，该点火头悬挂在传送装置上，并与穿孔枪可操作地连接；
以及
时间延迟装置，该时间延迟装置在点火头中，并包括：
输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并包括振荡器和至少一个计数器装置，该电子时间延迟电路构造成响应启用的电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。
24.一种井穿孔系统，包括：
传送装置；
穿孔枪，该穿孔枪悬挂在传送装置上；
点火头，该点火头悬挂在传送装置上，并与穿孔枪可操作地连接；
电源；以及
时间延迟装置，该时间延迟装置在点火头中，并包括：
输入组件，该输入组件包括布置成用于移动以便能够进行电源连接的元件；以及
电子时间延迟电路，该电子时间延迟电路包括隔离元件，该隔离元件构造成当它的部件与液体接触时使得电源与电子时间延迟电路电隔离，该电子时间延迟电路与输入组件可操作地连接，并构造成响应被启用的无隔离电源连接而提供时间延迟，并在时间延迟完成时起动点火指令。
25.一种在炸药或推进剂系统中使用电子时间延迟装置的方法，包括：
向元件施加外力，以便使该元件响应该外力而移动；
响应元件的移动而使电源与电子时间延迟电路连接；
响应电源的连接而提供电子时间延迟；以及
在电子时间延迟之后使得来自电源的电压增加至预定的更高临界点火电压。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：利用至少一个剪切销来固定元件以防止移动。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括：起动炸药引爆剂，以便响应预定的更高临界点火电压来提供引爆输出。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括：使至少一个电容器充电成具有预定的更高临界电压。
29.根据权利要求25所述的方法，其中：增加电压包括通过变压器来增加电压。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括：利用变压器来将电压增加至基本550V。
31.根据权利要求30所述的方法，其中：增加电压还包括利用倍增器来增加来自变压器的电压。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括：利用倍增器来增加电压至基本600V。
33.一种使电子时间延迟电路停用的方法，包括：
提供连接在电源和电子时间延迟电路之间的隔离元件；以及
响应隔离元件的部件与液体的接触而使得电源与电子时间延迟电路隔离。
34.根据权利要求33所述的方法，其中：使电源与电子时间延迟电路隔离包括使所述部件膨胀以便断裂至少一个电线。