頁巖氣開發(fā)專利分析

李波

摘 要：文章從專利分析的角度對國內(nèi)外頁巖氣開發(fā)專利進行統(tǒng)計分析，通過對專利申請的技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)演進以及重要申請人等信息的分析，歸納出國內(nèi)企業(yè)在頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)地位以及研究發(fā)展方向等結(jié)論，對國內(nèi)企業(yè)進行頁巖氣的專利技術(shù)開發(fā)、布局的實踐起到重要引導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；技術(shù)領(lǐng)域；技術(shù)演進；重要申請人

中圖分類號：TE37 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）03-0005-02

Abstract： From the point of view of patent analysis， this paper makes a statistical analysis of shale gas development patents both at home and abroad， and analyzes the technical fields， technological evolution and important applicants of patent applications. The technical status and research direction of domestic enterprises in the field of shale gas development are summarized， which plays an important guiding role in the practice of patent technology development and layout of shale gas in domestic enterprises.

Keywords： shale gas； technical field； technological evolution； important applicants

1 基本概念

頁巖氣是主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，表現(xiàn)為游離狀態(tài)或吸附狀態(tài)的天然氣聚集物，屬于天然氣生成之后在碳源巖層內(nèi)就近聚集的結(jié)果，化學(xué)成分以甲烷為主的干氣[1]。

頁巖氣開發(fā)主要包括地震勘探、鉆井、測井、頁巖氣含量錄井和現(xiàn)場測試、固井技術(shù)、完井技術(shù)、儲層改造以及監(jiān)測監(jiān)控。頁巖氣的地震勘探包括三維地震技術(shù)和井中地震技術(shù)，而鉆井主要是垂直鉆井和水平鉆井，隨著2002年Devon能源公司7口Barnet頁巖氣實驗水平井取得突破，水平井已經(jīng)成為頁巖氣開發(fā)的主要鉆井方式，鉆井技術(shù)包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)、隨鉆測井技術(shù)、控壓貨欠平衡鉆井技術(shù)、泡沫固井技術(shù)。固井技術(shù)主要是泡沫水泥、酸溶性水泥等技術(shù)。儲層改造技術(shù)主要包括多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴水和重復(fù)壓裂等技術(shù)，其中，水平井鉆井技術(shù)和水裂壓裂技術(shù)是頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵核心技術(shù)，同時也是美國頁巖氣開發(fā)成功的重要促成因素[2]。

2 分析方法

檢索過程中，限定截止日期為公開日或公告日在2015年12月31日之前的發(fā)明或?qū)嵱眯滦蛯＠?，檢索在CNABS數(shù)據(jù)庫、CNTXT數(shù)據(jù)庫以及DWPI數(shù)據(jù)庫中進行，檢索模式為分類號加關(guān)鍵詞。將檢索獲得的專利數(shù)據(jù)進行除重、數(shù)據(jù)加工、篩選整理后建立專利樣本數(shù)據(jù)庫，進行分析研究，最后確定6442篇有效的相關(guān)專利文獻。

3 分析結(jié)果

3.1 頁巖氣開發(fā)重點專利技術(shù)領(lǐng)域

為了展現(xiàn)頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域整體專利技術(shù)的分布情況，本文利用IPC分類標準對該領(lǐng)域各個申請人技術(shù)研發(fā)重點和熱點進行分析。對于檢索到的文獻按照IPC大組出現(xiàn)的頻次提取前10個主要的技術(shù)領(lǐng)域進行分析，得到圖1的數(shù)據(jù)，從圖1中可以看出，本領(lǐng)域主要的專利都分布在E21B43、E21B47、E21B21，即頁巖氣的鉆井、壓裂技術(shù)方面。其次就是E21B49、E21B33，即頁巖氣的測井、井封隔。E21B44、E21B7分別對應(yīng)鉆井自動控制、鉆井特殊設(shè)備。G01V3、G01V1、G06F19分別對應(yīng)頁巖氣的地震勘探、勘探數(shù)據(jù)處理。

從圖1中可以看到，前10個IPC大組涉及的技術(shù)內(nèi)容基本上涵蓋了頁巖氣開發(fā)的主要技術(shù)分支，可見頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)是勘探、鉆井、壓裂以及壓裂監(jiān)測，說明這些技術(shù)屬于應(yīng)用較為成熟的技術(shù)。而上述技術(shù)中，關(guān)于地震勘探以及勘探數(shù)據(jù)處理方面所涉及的分類號所占比重最低，僅為9%，這也說明了在頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域，勘探技術(shù)方面技術(shù)發(fā)展緩慢，并未出現(xiàn)大量專利申請。

3.2 專利技術(shù)發(fā)展演進

通過對頁巖氣開發(fā)的各個時期的專利文獻進行整理和分析，可以得到該領(lǐng)域的專利技術(shù)演進路線，如圖2所示。

圖2顯示了，頁巖氣早期涉及的技術(shù)手段主要是地震勘探，地面監(jiān)測裂縫。對于地震勘探，具有代表性的是1995年由邁克爾·巴哈瑞奇等人申請的WO1996018915A1，內(nèi)容涉及一種碳氫化合物勘探的三維地震方法，此后對于頁巖氣地層三維地震勘探的研究一直是這個領(lǐng)域的熱點，始終受到企業(yè)的關(guān)注。而對于地面監(jiān)測裂縫，典型申請是SEN-N科學(xué)公司于1971年申請的US3739871A，涉及水力壓裂地圖方法，具體技術(shù)手段為利用地面檢波器（裂縫產(chǎn)生的微震波）陣列對壓裂裂縫進行監(jiān)測。此后，在壓裂監(jiān)測方面，一直延續(xù)著通過監(jiān)測微震情況以實現(xiàn)對壓裂施工中裂縫擴展的監(jiān)測。

隨著水平井鉆井和壓裂增產(chǎn)技術(shù)取得突破，頁巖氣開發(fā)正式進入商業(yè)開采階段。其中典型的代表專利是哈里伯頓公司于1992年申請的US5249628A，該專利涉及一種水力噴射開口的扇形壓裂方法；斯倫貝謝公司于1999年申請的EP1008717 A1，該專利涉及一種滑套旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。以這些專利技術(shù)為代表的水平井鉆井和壓裂技術(shù)的取得突破，使得哈利伯頓、斯倫貝謝這樣的大型綜合性油田服務(wù)公司之外在頁巖氣開發(fā)技術(shù)服務(wù)方面處于領(lǐng)頭羊位置。endprint

3.3 重要申請人統(tǒng)計分析

根據(jù)申請量分析，并結(jié)合前期的統(tǒng)計結(jié)果將頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域較為重要的申請人總結(jié)如圖3。

參見圖3，可見美國在頁巖氣開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域的專利共有551件，專利技術(shù)主要分布在哈里伯頓（HALLI

BURTON）斯倫貝謝（SCHLUMBERG

ER）、貝克休斯（BAKER HUGHES）、BJ服務(wù)（BJ SERVICES）。由此可見，僅排名前三位的這三家美國大型綜合性油田服務(wù)公司的專利申請量就占前十位總和的60%以上，并一直保持較穩(wěn)定的增長態(tài)勢，這表明美國經(jīng)過近20年的研發(fā)和實踐，在頁巖氣開采領(lǐng)域形成了相對完整的技術(shù)體系，無論從專利數(shù)量還是影響力上看，美國都在國際競爭中占據(jù)絕對的優(yōu)勢地位。

中國在頁巖氣開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域的專利共有183件，以中國石油天然氣集團為代表的國內(nèi)競爭者自2005年才開始關(guān)注頁巖氣資源，但在該領(lǐng)域表現(xiàn)較為活躍，多家國內(nèi)企業(yè)或機構(gòu)的專利數(shù)量已躋身前10位。其中，中國石油天然氣集團、中國石油大學(xué)、中國石油化工三家企業(yè)的專利申請量（165件）與排名第一的哈里伯頓（228件）差距較大，表明國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的國際技術(shù)競爭力較弱。此外，除了申請專利數(shù)量與國外企業(yè)差距較大外，國內(nèi)企業(yè)或機構(gòu)還存在專利申請多數(shù)屬于國內(nèi)申請，國際化程度不高、缺乏核心技術(shù)專利的特點。

4 結(jié)束語

通過重點分析本領(lǐng)域重要技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)演進以及重要申請人，本文分析、整理了頁巖氣專利技術(shù)。中國從2005年開始關(guān)注頁巖氣資源，國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的國際技術(shù)競爭力較弱。因此，在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)應(yīng)當集中研發(fā)力量進行攻關(guān)，爭取掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)并形成中國的特色的核心專利族群，依據(jù)現(xiàn)有的專利資源制定合理的專利戰(zhàn)略，著眼未來，布局專利申請，提高企業(yè)核心競爭力和資源開發(fā)效率。

參考文獻：

[1]魏保志.熱點技術(shù)專利預(yù)警分析 作物分子輔助育種、儲氫材料、體腔內(nèi)微型機器人、頁巖氣分冊[M].北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，

2014，04.

[2]曾凡輝，郭建春，等.北美頁巖氣高校壓裂經(jīng)驗及對中國的啟示[J].西南石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，3（20）.

[3]張英俊，吳捷，孫文慧.頁巖氣技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀綜述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（09）：84.

[4]李建芳，劉云文.頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（31）：68-70.

[5]張英俊，孫文慧，吳捷.頁巖氣勘探開發(fā)進展狀況調(diào)查及前景分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（10）：88.endprint