通常，鄉一种小尺寸且高效的鹏的雷管。例如，在一个实施例中，雷
5 f^^袍括一个具有表面的能源（例如，电織)，该肖繊进""^具有电极。电 阻在该能源的表面，成，且该电阻的一端与一个电极电g。
錢些实施例中，电阻形成于具有厚鹏积的电雜的表面上。例如，一 种电P且是充电电阻。另一种电阻Ji^接两个电极的?t漏电阻b该电^的表面
用来与开关fn/或引皿，例如^"炸性箔引皿（efi)，电g。
io 在另一个实施例中，»的雷管鄉ef1、开关、电織、M电P且、变 压器和可寻址芯片，该芯片被集成而形成一个具有传统的灼热丝雷管的尺寸的 单片单元。该单片单元也可以^§«^电«的滄波器和爆]«10
在另""^h实施例中，,的雷管可以^管式切害晰中或用来引爆管式切
割m^喷射切寧肌的点火部分。另一方面，该改进雷管的一个实施例可以用来
15引l个或多个鹏炸药包。
具体而言，本发明的一个方面鄉一种雷管组件，包括：电鄉；tW 和^^到该电，的引爆器；WSl电^到该电，的^ffi器；和,口 ^i到^ffi器的可寻址芯片，其中电容器、引爆器、^BE器和可寻址芯片形 成—传成引鮮元。
20
附图说明图1A和1B根据本发明的雜实施例标两个工具管。
图2是會^ffi^lg图1A和1B的工具管中的雷w^a件的电路图。
图3是该雷t^件的自图。 25 图4是该雷t^件的底视图。
图5是在该雷管组件中的电^^Hi视图。
图6和7 ^^OT在根据图2的雷管组件中的，不同l^的开关。
图8A和犯^^錢成雷管體中娜的本发明的«^关的一个实施例。
30 图9表示图8A和8B的誠雷t^置的一个实施例中的可寻址功能的例
6子。
图10 ^^^^雷^g的升压^E器的一个实施例的一4^ij子。
图ii ^i^^n^S的^:器火花间隙i^的一个实施例。
图12 ^^成雷f^g的压^H器的一个实施例。 5 图13A-B恭i^^雷t^g的喷射切割机的一个实施例。
图14A《^^用于lE^^^作下引爆一个成形炸药包g^—^^炸药包 来^^m点火的本发明的一个实施例。
具体实贿式
10 在以下的描述中，提出多数细节^ll^^本发明的辦。然而，本领職 术人员可以離，没有这些细节本发明也是可以操作的，且根据舰实施例所
做的多数efe^^修^i^r能的。
M，所^ffi的术语"g"、 "^^&"、 "fe^"、"与……和
意« "与……直^^" ^# "fflii另一个元件与……的连接；术语
i5 "mfe^r、 "w^线路"和"twi&被^"、"与…"twfe^"以 及"w^接"意味着直接的物理^^来形成一个单片单元例如粘合、熔合或
和术语意,"一个元件"^# "多于一个元件"；«^在一
1^定点^t元件i^TF的相对位置的术语"上"和"下"，"上部"和"下部"， "向上"和"向下"，"逆流"和"顺流"，"在上"和"在下"和其他對l^:语 20被柳在描述中来较清Wk描述本发明的实施例。然而，当应用到鹏在井中 的被^^#被水平化的设备和方法中时，这些术语可以称为M到右，或者 从右到左，^#其他^的关系。正如这MfHOT的，^在一^定点^" 元件上或下的相对位置的术语"上"和"下"，"上部"和"下部"，"向上"和 "向下"和其他类^^语被1^在描述中来较清^tt发明的实施例。然而，
25当应用到顿在井中的被顿棘^7K平化的设备和方法中时，棘当这些设 餘于顿的或水平的方向时，这些术语可以称为肤到右，體从右到左， 棘其他維的关系。
参考图1A,—个工具管的实施例,一个具有穿孔枪20和点火头18的穿
孔管。该穿孔管附軒例如钢缆、电缆、滑线、tit^ir^ 12的一端。在图
30 1A的实施例中，点火头18 M根lg"个实施例的爆炸性箔引爆（EFI)雷管组件22。如下所述，EFI雷管组件22 ^g—个电W^放电单元（CDU)和EFT 的^^件。应该注意，在糊钢^ttit^l:挂穿孔管的实施例中，井下 电鹏于,给EFI驢。
©1常地，^电^&放电单元具有一个电，和一个充^0M电阻。 5该集成电容器放电单元包括电连接该电容器和该电阻以及其它元件的厚膜电 路。
该雷t^件22与弓據绳24耦联,^%多个^^炸药包26 ^。雷胃件 22«§弓胞引爆绳24的引爆，其依次引^^炸药包26的引爆。成形炸药 包26的引爆引起,药包26的穿孔喷射的形^^延伸开口iaX周围的壳体10 io fiE伸穿?LBIiliaA周围的地层14。
图1B显3^孔管的另一个实施例，其包括j点火头30和穿?Ufe32。穿 孑Ltfe32也包括軒个鄉炸药包34。然而，代替鹏炸药包34与引爆绳雜， 每一个成形炸药包34与各自局部的雷，件36相连。在一个实施例中，每一 个雷，件36 ^;f^t^与图1A的雷管组件22类似的EFI雷，件。该雷管
15组件36 M电缆38 ^，该电i^^mma件36电信号来m^雷^i^件。
点火头30接iB^自射L 16内的其它地方^##^面的^^令。
图1B的穿孔管所,的好处Ji^炸药包34在响应m^信号或者,给 电缆38的电压下肯辦絲上同时被引爆，棘以飾期望的鹏或具有顿期 望的Ei&下点火。这与图1A的安排相比，纖的成形麟包26的引爆被沿引 20爆绳24传播的引^的5i^5^。
尽管图1B的安^^括軒个引爆组件36，与图1A的安排中的单个雷管 组件22相比，根据某些实施例的引爆组件36的小尺寸允许该引爆组#^包括 在穿孔枪32中Sm^上没有增加穿孔枪32的尺寸。
如JJM，在一个实施例中，电信号皿给点火头22或33来,穿孔枪 25 20或32。然而，在另一个实施例中，m^信号能以4EE脉mt号、7K压、沿输 纖12麟的运动信号等的形式。
代替穿孔管，根据某些实施例的雷1^^牛會滩适于在其它，的工具管中。 包含爆炸物的其它工具管的例^^如下：管式切割机、安^2等。而且， 根据某些实施例的雷,件也用于其它应用中，例如地震应用、采矿应用、拆 30除或军事f^l应用。，,用中，雷管组件，，接到爆炸物上，该爆炸物用^^SAiTF的确^irF不同^^的声波。
如i^M,在一个实施例中，雷魏件22包括EFI雷魏件。EFI鄉爆 炸性箔"飞片"引^&^#爆炸性箔"起泡"引爆器。雷管组件的其它,能 ^ffi其它，的电引，,例如爆炸性桥丝(EBW)引^^和^体侨(SCB)
如图2所示的雷，件100的一个实施例的电路图。雷管组件100可以是 图1A中的雷l^a件22，離是图1B中的雷^i^件36。雷tm件100舰电 鄉放电单元（CDU) 102、 EFI104和高性會嫌胸（HE) 106。
CDU102^^电容器108、充电电阻110和泄漏电阻112。船卜，CDU102
10 ^开关114，该开^来J^i在电^^108中的电^g到EFI104上以便 、,EF1104。当^g时，EFI104会产生以通常的^M魏的iiJt^lit的飞 片且機魂间隙116来M该高性會^^炸物106。 ^^实施例中，飞片可以由金 属箔離聚合体箔材料制成。飞片对髙性食^^炸物106的碰撞弓胞i^^炸物106 的引爆。i^^炸物106与引爆绳24 (图1A)離鹏炸药包34 (图l)的爆炸
15物MfJfe^。在某些实施例中，电容器内部的电阻是足够的且不必需«的 充电电阻。
电織108lil在导线118lll^适当的高DCtflBte充电。所,的电 ffi!31充电电阻110 iSA电容器108。充电电阻110用来限制电流（在电容器 108内，CDU102的其它^g皿的情况下)。充电电阻110也将CDU102与 20工具管中的其它CDU隔离。
泄漏电阻112允许在电雜108中的电^m慢泄漏。这是以^&X具管己
^b于瓶以下之后，雷管组件100没有点火。当不得不将具有未点火的雷管 组件100的工具管收回到井表面的时候，泄漏电阻112防止CDU102 «—个 娃的危险。
25 在其它实施例中，可以細具有其它鄉的能源（除了电織108)的其 它雷管组件。
雷M件100 ■ CDU102和EFI104的集成组件以«#^—，小的雷 管组《袍且改善雷魏件100 ^t行效率。髙效率的CDU需要131具有低會雜 (低电阻）的EFI来具有快速的放电时间（例如通幼總应路的十亿分之一秒 30的破率)。增加效率的一种方式是在CDU102 TO电循环中尽可能陶氏齡电路的电感（L)和电阻（R)。通过将CDU102 «^/较小的包，可以斷氐电感 和电阻，因ifc^善CDU102的效率o
根据本发明的某些实施例，充电电阻110和泄漏电阻112ji^为形成在电 織108表面上的电阻而实现的。而且，在雜实施例中，开关114也^& 5电^1§108的表面，这样进一步陶氐了 CDU102的总体尺寸。
图3显示了根据一个实施例的CDU102。在一个实施例中的电織108包 括陶瓷电«， ^有由陶舒才料形成的外部陶瓷壳体202。然而，在其它实施 例中，可以顿其它鄉的电織。电蹄108 ^g第一组一个或多个导鴨， 其雜到~^称为阴极的％^±。在电魏108中的第二组一个或多个导电层 io ^到另一个称为阳极的电ilh。在阴极和阳极导电层之间提供一个或多个电 介M^料层。阴鹏、阳鹏和电介MM^于电雜108的外部壳体202内部。 如图3 •，电，108具有第一fe^ 204和第二电极206。电极204和206 形成电織108的阴极和阳极。
阳极电极206电g到^ 208上。另一个电线210 g到充电电阻的节 15点（未在图3中示出)，该电阻形^电^！ 108的下表面212上。
而且，EFI104附着在电容器108的±^面222上。在EFH04的Him 导电片215与电容器108的电极206超虔。EFI104的另一侧与导电片214电连 接，该导电片214 j^mtfe^到开关I"的Hi。开关114的另HRi鹏另一 个导电片216与电織电极204 %m ^^SOTM^淑其它等效的 20方法而提供。可以舰fr"鄉的小开关，例如在2001年9月5日申请的美国 专利No.6,385,031和美国系列No.09/946^249公开的开关，1合并作为参考。 而且EF1可以包括作为其部分结构的^f关。
CDU102的底视图M^在图4中。鹏电阻112和充电电阻110都作为在 电，108下表面212上的厚膜^#薄膜电阻而被安置。«电阻112的Hi 25 302与电极204 ^g^，而该电阻112的另一侧304与电极206 %^。充电电 阻110的HM 306与电极204 而该电阻110的另HRi! 308与^M板310
■。 ^M板310允许充电电阻110与电线210的^^。
»^电阻110和112的材料和几何结构（厚度，长度，顿）来获得 目丰^膜电阻，使得可以获得电阻110和112的期望电P且值。在其它实施例中， 30 <戈替厚膜^#薄膜电阻，可以^會^以沉积、粘合或者其^，成于电容为了在电^8S^体的表面（#多^^面）上形成电阻，可以在电^壳 体的夕卜部表面上形«§^#槽，然后Mm积sS^该沟sS?li上介入电阻材料。 另一方面，电阻材料可以被丝网印称M^印郿J^^面，^^可以^其^fe术。5 图5显示电鄉108的层的图示。导鴨312驗到第一电极204，而导鴨314^到电极206。 ^些实施例中，导«312和314由^M形成，例 如铜，银钯合金^t其它导电材料。在^的层312和314之间,电介M^。 根据"^h^l例，开关114 (图2)作为一愧腿开关而实现。如图6所 示，过顿开关114的一个实施例包括第一导银402和第二导电层406。纖io (电介质）层404插入在导电层402和406之间。在一个实施例的实现中，导 鴨402和406由铜^t其它导^l形成。在一个实施例的实现中，纖层 404由聚合糊料形成。^fe^层404具有厚度和被控制的^^jg^引起开关114在导％^ 402和 406之间ff^的feE^异下鹏。—旦电^«^^的阈值，绝缘层40415击穿使得第一导^M 402和406 *^接（因此闭合开关114)。最，，，层404的击穿电压可以M31具有，的导电层402和406的 几何，^制，该导电层被稍微增加点来增加在点间的电位梯度。而且，在 第一和第二导^M 402和406的,区^J:^f诉Iife属例如街可以防止导feM 盼麟。i^M区棚来将导鴨402和406雜到各自的导线上。硬脸属20也可以提供给较髙效率的开关。同样，为了增加效率，可以将在点之间的间隙 间距变小，例如千分之几英寸的等级。图7^开关114的另一个，。该另一种开关JiJS^开关，，加了另 一个与，4E^接的导电层。如图7所示，触发开关114包括1M和底层导 电层410和414，还加上中间的导电层412。 ^续的导电层之间提供,层41625和418。在操作中，具有mJi升时间的高电压（参，面）,^M发阳极 412。 ^fe^腿具有足,幅来引起^层416和418击穿，使得允许^EjSM 和^M导^M 410和414之间的导通。在本发明雷管的另一个实施例中，^M?f关可以機成而形成一个棚爆 炸性箔引ii^术的小且低财的雷管。例如，在一个实施例中，可'鹏开关和包装，容易组装，并且当代替不安，灼热丝雷管时改善了总体的可靠性。可以舰2004年2月13日申请的美国系列No.10/708， 182所公开盼〃麵开关"， 舰—并作为参考。^mM开关可以包括，但不限于，微电m^E (MEMS) 开关，由与审隨舰鹏制牛的技术类似的微电子技术所制造的开关、双稳态5 M电机开关、火花隙开关、具有毫微电子管电子鄉器（例如，碳毫微电子 管）的开关、金属氧化硅场鹏晶体管（MOSFET)、绝缘门极场舰晶体管 (IGFET)和其K^M?f关餅。关于图8A和8b ，通常，本发明的实施例包括一个小的、单片的雷管800， 该雷管的所鄉件^^—个與虫的单^Jl。鹏部件可以包括，但不局限于，io ,电容放电单元808，其^与«^关和引^^合^^合在~^的充电 电?且和«电阻、引^^炸物806、传^"炸物804 (例如，PETN， RDX, HMX, CL"20， HNS， NONA称鄉它爆Mf)，用于接收低压输入UI^至搞压输出 的升压^JE器810和可寻址芯片812。在另一个实施例中，为了容易设计可以采 用微芯片。*^雷管800的合^K寸Ji^够小的以至于可以被，于标准雷管15壳体802的内部且可以M^^i座814来接收會纖。雷管800的一个实施例具有与标准圆ft^灼热丝雷管S^上相同的尺寸和 微。例如，一些标准的灼热丝雷管具有近似0.28英寸的繊面直径。在另一 4^i仔中，雷管800的实施例可以具有与引爆绳24 (图1A)相同的直径，该雷 管与该弓據绳相连接。该相对小尺寸的雷管可以，于现有的大尺寸的雷管，20 ME有雷tS常，大，电^^放电单元（CDU)(包括EFI、气，开关、 M电阻和电^H)，在具有0.75英"t^i面直径的相当大的壳体中"^具有放 大器、智能电子设备和爆炸物包。i^ft有雷管的相当大尺寸的壳体限制了它们. 的应用和OT领域，也增加了审隨费用。尽管当本发明雷管的本实施例具有近似0.28 a^i面直径的时候，但是可以想到其它实施例可以,具有其^ai^25面直径的«^雷管。除了具有小的g尺寸，本发明的雷管800的实施例可以包括与用于便于安全备炸和点火的现有雷管不同的优点。某些实施例具有在低压下点火的嫩卜 优点。例如，雷管可以构誠响^£似30伏的点火腿。而且，雷管800的某 些实施例，^电频率辨别（RFID)才^^^f!]保证备'炸和i^:功能，也用 30預别和储雜制。鈔卜，该雷管的实施例可以在SjSU:升到近似340T时定为用于操作。可以获得具有热延迟容器的包含物的较高的温度（上升到近似500T)。雷管的其它实施例仍可以是被流体倒灵敏化、具有，电频率安全， 柳„的表面肯遣中得到微。对于图8A和8B，雷管组件800的实施例可以^电容808 (圆,^#5矩形)，其由电介M/^化的材料形皿具有在一侧的内置（例如，厚膜）泄漏电 阻和在另1舻万^的EF1和,开关。EF1可以熔合，合到电容器808上且 用于歉活EF1断«^关可以位于与EFI相同的基^h、 ^#分离的^^±。 在小型化的織内'麵开关可以为过^M的，錢些实施例中，'鹏开关可 以M:美国系列No.10/708, 182所驗的碳毫微电辨總强。io 仍对于图8A和犯，雷im件800的实施例也可以鄉如图10的鹏所 示的升压顿器810。 i^ffi躺Jit^a接熔合棘粘合到电織亂i^flE 器肯離收低压输入（例如，5到30伏）liii3l:分离的髙压二极管升髙到髙压 输出（例如，1400伏)。^^实施例中，i^E器可以舰传统的雜工艺或 者細丝网印刷导体线圈的^^細紅艺（LTCC)由金属、陶^#具有15高"f^性的陶瓷碟氧^^料制成。而S^于图8A和犯和10,雷管组件800的实施例也可以包括可寻址芯 片812。可寻址芯片812可以便于控带JJ^m和增力P^[突发点火的^性。可 寻址芯片812的包含部分可能根掛^ffi器810的^ffi输入而制成，其便于将可 寻址功會^A芯片812中。可寻址芯片812可以被设计用于鄉3^t态器具20有5伏或者3.3伏的标准CMOS集^^件。而且该芯片的某些实施例可以构造 成具有iOT双相信号电流循环来改善下皿信号识别和上行线信号识别的内置数雜号舰亂雄作中，芯片812的实施例便于可电寻址功能的集成，例如：（1)从一 组引,中唯一地辨别和选择一个或多^Ni炸引,；（2)旨辦对一个或多个25引^^选择性充电和点M允i辦定时间ES的^i; (3)赋于睡目赚式、或 者非歡活状态、时间延迟模式、备炸和点火模式和开关模式来开启和关闭再选 电路；（4)赋于传纖式鄉魏自传繊的信号（例如，压力，、離，倾斜 角度，电流和秘等)；秒或（5)赋于断开模^M^测电流的足够升髙将 底部点火的引麟从该管的其它部分中断开，具有以下进展。Jl^f定义的功30旨缠示在图9和10中。i^,可寻址芯片可以构it^实,些和其它功能的例如，具顿寻址芯片的雷管的实施例可以鄉一种方^M^基于内部 定时器和夕卜部Mm錢的雷管。而且，该可寻址芯片包括启动引爆管中的多个 定时器的普通命令。^h定时器會辦被Wfe^5l^&该管之中的精确go 5在管之中时间鹏的精确控制育辦产生有益的动态压力-时间特性。例如，美国专利No.6,598,682~~^于^J^压力欠平衡和过平衡控库iJ~^开了一个系统， 其M31限制最高皿力和,性压力波ii^和压力波强化皿化穿孔aii的实施，也限制了该総郷其它瓶设备的间魏险。对于图ll，本发明的另—个实施伊鹏一种方法，鹏某种鄉的第二变io压器升髙拍击电，^E来产生M^c沖，^m二^E器包括，但不限于，低 、鹏細瓷、LTCC、缠绕的敏、空心禾n/^^冷非晶形芯。由于该电热驗被 触发点火该雷管之前被充分充电，因此i^Jt冲會,制该雷管点火的精确 时间EiS和该拍击电雜的髙效充电。鉴于无论i^:电路的阈值电压何时超 过火花隙点火，，发电路和,电TO^(t替用于该火花隙所控制的点火的is可选择的方^~~^!l如，在表面指令:tJ:，在職编程的时间Mia完虹上或 者如果也細压力传^i量^1，,力^#具有时刻的压力轮廓（profile)的,阈^6获得;^±0本发明的另一个实施例,一种方法，使用压电tw转^i^所产生的电ra^4Mm冲，如图12^出的。与传^E器棺比，这是一种交替Mt 20方法，其获得了i^f描述的较精确且有效的引爆器点火的优点。i^ffi电方法也,了低元^licfi、小包^^寸和由^电路驱动的^E的优点。本发明的小尺寸具有新颖且有益的性育汰引«射切割机几何中心处的点火部分。如图13A和13B所示，该喷射切割机舰紧靠金属衬垫形成的爆炸性 材料。该衬垫基本上关于中心轴和顿常被削平的顶点和通常被削平的底部之 25间的圆锥形平i^体的形状而构造。具有相关CDU的EFI (^#其它引爆器） ]^g成使得其爆炸性片^Mm于该切寧飢的中心。EFI/CDU Mil—对单股导 线被雜ffliiii炸物的中心。另一方面，如图13B麻，EFlM3i低电感驗， 高电压电缆附着于被电信号引爆的外部的CDU。在^5T情况下，本发明的优点包括获得中心繊的喷射切割机的引爆，这转化为最优切割机的性能，没有外 30部电子设备^#引^1绳，仅仅具有来自该切割机中心的单股导线，且改善了该RF和可寻址引麟的安錄。而且，对于图14A^C,代替被^A在喷射切寧肌内，EFVCDU单元的实施 例t以^:上^NJiM^直接^到^炸药包，该炸药包具有像炸性材料且 与导线密切相对形成，鄉炸性材料具有被削平的底部。对于喷射切割机， 5 EFVCDU可以lii一对单股导线（图14B)附軒，録，另一方面，EF1可 OT31低电感、髙腿的电缆附軒被电信号引爆的夕卜部CDU (图14C)。这 些安排的每一个可以被，^^^作中引爆一系列，炸药包来获得选« 点火（图14A)。当本发明鹏几个限定的实施例被公开时，本领嫩术人员可以想资照此 io的许多修改和变化。这样意味着，附加的权利要^M了这些^本发明的精 神和范围内的修改和变化。