基于專利的RFID在石油工程領(lǐng)域應(yīng)用分析

趙汩凡，李婧，邸偉娜，王敏生

（中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

基于專利的RFID在石油工程領(lǐng)域應(yīng)用分析

趙汩凡，李婧，邸偉娜，王敏生

（中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

在石油工程領(lǐng)域引入RFID技術(shù)，特別是用于井下測量控制技術(shù)，RFID將給油氣工業(yè)帶來變革，將專利導(dǎo)航應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠治?，分析結(jié)果為基于RFID的井下測量控制技術(shù)的未來發(fā)展提供有益思考。針對國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀，建議開發(fā)自有特色的RFID控制技術(shù)，快速形成相應(yīng)的專利保護(hù)網(wǎng)；積極研發(fā)下一代技術(shù)，通過概念專利戰(zhàn)略，占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)。

RFID；井下智能控制；專利導(dǎo)航；專利分析

射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）技術(shù)是一種通過檢測目標(biāo)物體對射頻電磁場的擾動從而獲得其相關(guān)特征信息的一種非接觸式自動識別技術(shù)，識別過程無須人工干預(yù)，可識別快速移動的物體，并同時識別多個標(biāo)簽［1］。RFID技術(shù)是從20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，截至目前已經(jīng)申請了大量專利。目前RFID技術(shù)的應(yīng)用主要集中于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的內(nèi)容，近年來在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了一定進(jìn)展，特別是在井下測量控制方面，RFID具備實(shí)現(xiàn)管柱全通徑、開關(guān)狀態(tài)隨時可控、大大縮短施工周期和作業(yè)成本等優(yōu)勢，將RFID應(yīng)用于井下工具可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，亟需開展相關(guān)新技術(shù)的研發(fā)工作。井下測量控制技術(shù)是井筒工程技術(shù)的核心，研發(fā)相關(guān)技術(shù)對于提升我國鉆井技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［2，3］。

國家知識產(chǎn)權(quán)局為有效運(yùn)用專利制度提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展能力，全面啟動專利導(dǎo)航工作。專利導(dǎo)航是旨在把握產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵領(lǐng)域的專利分布，以全球視野明晰技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和格局，解讀發(fā)展趨勢，明確發(fā)展定位，建立專利分析與產(chǎn)業(yè)技術(shù)運(yùn)行決策深度融合、持續(xù)互動的產(chǎn)業(yè)發(fā)展管理決策機(jī)制。其工作內(nèi)容主要由技術(shù)情報分析、專利評價與產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)三個部分組成。本文以專利導(dǎo)航作為指導(dǎo)思想，建立了基于RFID的井下測量控制領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，形成圍繞技術(shù)實(shí)際需求且涵蓋技術(shù)趨勢、技術(shù)布局和市場競爭的專利分析結(jié)果，為基于RFID的井下測量控制技術(shù)的未來發(fā)展提供有益思考。

1　專利檢索

以湯森路透公司的德溫特專利數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，以前期工作為基礎(chǔ)［4］，結(jié)合人工分類和專家意見，篩選出73個與井下測量控制直接相關(guān)的專利族作為分析主體。

2　專利總量年度走勢

石油工程領(lǐng)域中RFID技術(shù)專利數(shù)量較少，在時間序列上呈現(xiàn)出跳躍增長的特征（見圖1）。與RFID整體行業(yè)的專利申請情況類似［5］，石油工程領(lǐng)域RFID技術(shù)在1998年后才開始逐漸發(fā)展起來，但由于整體數(shù)據(jù)量有限，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定增長的特征，趨勢不明顯。

圖1　石油工程技術(shù)領(lǐng)域RFID專利年度走勢圖

3　在先申請國家或地區(qū)專利分布

美國依然是專利申請人的首選申請國，以占據(jù)總量42.12%的比重位于第一位，隨后中國以10.29%的比重位于第二，其他各國緊隨其后（見圖2）。由此可見，RFID技術(shù)在石油工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用過程中，雖然各國都處于起步摸索階段，但美國仍處于領(lǐng)先地位，而其他各國之間的差距不明顯。

圖2　石油工程領(lǐng)域RFID技術(shù)專利排名前十國家或地區(qū)

4　主要競爭者

4.1國民油井華高公司

共申請7個專利族，大部分是用于鉆桿等井下工具的檢驗(yàn)與監(jiān)測，全部用到了RFID標(biāo)簽，多數(shù)安裝于井下工具的螺紋接頭處。專利申請時間跨度較大，說明該公司很重視井下工具的智能化管理，在這方面做了大量的研發(fā)工作。

4.2斯倫貝謝

斯倫貝謝共申請基于RFID的井下測量控制技術(shù)相關(guān)專利族11個，涉及將RFID技術(shù)應(yīng)用于包括控制井下工具、井下工具定位、井筒中數(shù)據(jù)傳輸、無線通信、監(jiān)測、井下測量等。專利的時間跨度約為10年，特別是2005年以來專利申請比較集中，比較重視RFID技術(shù)在井下智能控制領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)，特別是RFID通信和傳感方面。

4.3馬拉松石油公司

共申請9個專利族，是最早擁有基于RFID的井下測量控制相關(guān)重要專利的公司之一。馬拉松石油公司作為核心專利持有者，通過專利組合形成了完整的保護(hù)體系。其中5個專利族是一套井下設(shè)備精確定位系統(tǒng)，采用延續(xù)申請的方法，有效延長了專利保護(hù)期限。2個專利族是有關(guān)通過RFID標(biāo)簽實(shí)施對井下射孔、封隔作業(yè)的無線控制。其余的2個專利族是互相結(jié)合的內(nèi)容，涉及實(shí)現(xiàn)在特定深度的特定作業(yè)，同時申請了RFID信號系統(tǒng)如何控制液壓系統(tǒng)的專利。

4.4Petrowell公司

“岡”內(nèi)部構(gòu)件“山”常異寫作“”“止”等，所以“岡”字又作、?！洱堼愂骤b·冂部》：“岡：音古郎反?！北砻魅呦狄袅x相同而形體不同的異體字。又構(gòu)件“”與構(gòu)件“亡”形似而訛，故“岡”字又作“罔”，與表“捕捉魚鳥之工具”的“罔”字形成同形字。寫本文獻(xiàn)中“岡”、“罔”兩字多混用，歷代字書常將兩字收錄在一起以示區(qū)分，如《佩觿》卷中：“岡罔：上古郎翻，山脊；下亡郎翻，欺也。”《增廣字學(xué)舉隅·卷一·兩字辨似》：“岡罔：上音剛，山脊；下忘，上聲，無也，誣也?！?/p>

該公司已經(jīng)被威德福收購。收購前，申請2個專利族，內(nèi)容涉及RFID在井下測量控制的基本原理和釋放RFID標(biāo)簽控制井下壓裂工具等。

4.5?？松梨谏嫌喂?/p>

申請2個專利族，涉及不同井下工具的遠(yuǎn)程控制，包括射孔槍、封隔器等。同時，該公司采用RFID實(shí)現(xiàn)定位控制和感應(yīng)控制兩種不同的方式。該公司是為數(shù)不多在中國也遞交了相應(yīng)專利申請的公司之一。

4.6貝克休斯

貝克休斯申請3個專利族，涉及使用RFID進(jìn)行檢測方面的技術(shù)，包括投球檢測、泄漏檢測、泥漿錄井等，根據(jù)得到的信息進(jìn)而實(shí)現(xiàn)下一步的控制。

4.7哈里伯頓

哈里伯頓申請6個專利族。哈里伯頓對于RFID的應(yīng)用研究面較廣，在不同方面申請了專利，具體包括RFID標(biāo)簽作為“示蹤劑”、水泥球檢測、智能打開滑套、智能導(dǎo)流、智能標(biāo)簽、確定井下位置等。該公司是目前RFID用于井下測量控制方面專利布局較全面的公司之一。

4.8威德福

雖然只申請了3個專利族，但是通過收購Petrowell公司，掌握了核心技術(shù)，并很快在業(yè)內(nèi)推出了相應(yīng)的RFID控制的井下工具。主要涉及RFID技術(shù)在井下控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用，包括井下智能封隔、尾管擴(kuò)眼、管柱擴(kuò)孔等。

在73個基于RFID的井下智能控制領(lǐng)域重點(diǎn)專利族中，僅有6個是由國內(nèi)專利權(quán)人申請的，且均在國內(nèi)申請，不涉及國外專利申請。其中，華中科技大學(xué)的專利主要涉及控制RFID標(biāo)簽在井下的下落速度；中海油的專利主要涉及使用RFID無線技術(shù)更新下井儀器電路板板載CPU程序；江蘇曙光華陽鉆具有限公司的專利主要涉及一種新型的鉆具內(nèi)置芯片標(biāo)識結(jié)構(gòu)。這2件專利均沒有過多的涉及井下測量控制的核心技術(shù)。武漢理工大學(xué)的專利主要涉及將RFID標(biāo)簽投入井下，通過預(yù)先寫入的信息控制切換閥門，主要用于分層注水采油。江漢采油院的2件專利都是涉及RFID標(biāo)簽傳遞操作指令，PLC執(zhí)行相應(yīng)操作，操控井下智能配水器。雖然江漢采油院的2件專利互為補(bǔ)充，但是基本還是給出了相應(yīng)的應(yīng)用概念，沒有給出具體的機(jī)械設(shè)計(jì)。

5　技術(shù)聚類分析

隨著專利申請數(shù)量的不斷增加，基于技術(shù)功效分析的專利聚類顯得越發(fā)重要。在對篩選出的73個專利族進(jìn)行功效分析的基礎(chǔ)上，得到的技術(shù)功能聚類結(jié)果（見表1）。

表1　RFID在井下測量控制領(lǐng)域中的功能聚類

目前基于RFID的井下測量控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于地震、鉆井、固完井、儲層改造、測錄井和采油等環(huán)節(jié)。通過引入RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無線接收信號、發(fā)射信號、設(shè)備定位、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換/傳輸以及數(shù)據(jù)傳輸控制等功能。由表1可知，用于鉆井的RFID技術(shù)專利數(shù)量最多，其次為儲層改造和固完井。在鉆井過程中，RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于信號接收和發(fā)射、設(shè)備定位、監(jiān)測、數(shù)據(jù)交換/傳輸、存儲數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)傳輸與控制等。在儲層改造中，應(yīng)用最多是監(jiān)測，而在固完井中主要用來接收和發(fā)射信號及數(shù)據(jù)傳輸與控制。

6　技術(shù)發(fā)展建議及專利申請策略

（1）開發(fā)自有特色的RFID控制技術(shù)。RFID將一種新的控制方式引入到石油工程領(lǐng)域，研發(fā)重點(diǎn)是如何更好地利用這一方式。國外也處在起步階段，應(yīng)根據(jù)國內(nèi)石油工程現(xiàn)狀以及面臨的特有工程問題，開發(fā)自有特色的基于RFID的井下測量控制技術(shù)。目前，領(lǐng)域內(nèi)專利較少，尚存在較大的專利可規(guī)避空間，應(yīng)加大專利申請量，快速形成相應(yīng)的專利保護(hù)網(wǎng)。

（2）積極研發(fā)下一代技術(shù)。結(jié)合實(shí)際技術(shù)需求，創(chuàng)新性應(yīng)用RFID技術(shù)于井下測量控制領(lǐng)域。RFID技術(shù)除了能夠?qū)崿F(xiàn)測量控制以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)測量檢測和數(shù)據(jù)傳輸，國外公司已經(jīng)申請了一些概念專利，但均為參考文獻(xiàn)：

開發(fā)出具體產(chǎn)品。建議攻關(guān)研發(fā)相關(guān)的RFID控制與傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時檢測與傳輸。通過運(yùn)用概念專利戰(zhàn)略，占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)，形成自身技術(shù)優(yōu)勢。

［1］Finkenzeller K.RFID handbook∶fundamentals and applications in contactless smart cards，radio frequency identification and near-field communication［M］.3rd ed.London∶John Wiley&Sons，2010.

［2］光新軍，王敏生，葉海超，黃輝，承達(dá)瑜.RFID在井下工具中的應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2013，（5）：25-28+32.

［3］李光泉，戴文潮.無線射頻識別滑套關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.石油機(jī)械，2013，（5）：73-75.

［4］王敏生，李婧.油氣井井下測量控制技術(shù)專利分析［J］.石油科技論壇，2013，（4）：14-21.

［5］韓震，沈君，曲莎莎.RFID技術(shù)趨勢及競爭態(tài)勢的專利計(jì)量分析［J］.科研管理，2013，（7）：11-16.

Patent analysis on application of RFID in petroleum engineering

ZHAO Gufan，LI Jing，DI Weina，WANG Minsheng
（China Petroleum and Chemical Co.，Ltd.，Petroleum Engineering Institute of Technology，Beijing 100101，China）

The introduction of RFID technique into petroleum engineering could change the whole industry，especially the downhole measurement control area.Here we provide useful results based on patent navigation for the downhole measurement control development.The domestic players should recognize the significant benefits of adapting RFID for the oil and gas industry，and apply enough patents（even at a concept phase）to form a protective patent portfolio.

RFID；downhole measurement control；patent navigation；patent analysis

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.003

TE931.2

A

1673-5285（2015）06-0009-04

2015－04-01

中國石油化工股份有限公司科技項(xiàng)目“基于RFID的井下智能控制技術(shù)專利分析與發(fā)展建議”研究成果之一，項(xiàng)目編號：YK51403。

趙汩凡，男（1980-），博士，工程師，研究方向：石油工程技術(shù)相關(guān)學(xué)科前瞻研究。