無水壓裂液專利技術(shù)分析

何濤 陳委濤 景芋荃

摘要：本文從專利分析角度，通過檢索、統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外關(guān)于無水壓裂技術(shù)的專利申請情況，研究無水壓裂液技術(shù)的全球申請態(tài)勢、主要專利申請國以及重要專利申請人，以期為國內(nèi)外相關(guān)研發(fā)主體提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：無水壓裂液;LPG壓裂;氮?dú)鈮毫?二氧化碳壓裂

中圖分類號：TE357文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）30-0060-03

Abstract： From the perspective of patent analysis， the global application situation， the main patent application countries and the important patent applicants were studied through the retrieval and statistics of the patent applications of the waterless fracturing technology at home and abroad， in order to provide technical reference to relevant domestic and international institute.

Key words： waterless fracturing; LPG fracturing; nitrogen fracturing; carbon dioxide fracturing

隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)前非常規(guī)油氣藏尤其是頁巖氣的開采已成為油氣行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。目前，國內(nèi)外油田的壓裂施工采用的“萬方液千方砂”式大型水力壓裂技術(shù)是改造非常規(guī)氣藏、創(chuàng)造商業(yè)產(chǎn)能的關(guān)鍵[1]。但是，非常規(guī)油氣藏具有孔隙度小、滲透率低等特征，用水力壓裂極易造成水相圈閉傷害，對油氣開采極為不利。并且采用水力壓裂技術(shù)會消耗大量的水資源。以頁巖氣為例，根據(jù)美國的經(jīng)驗(yàn)，一口頁巖氣井鉆井和壓裂所需水量達(dá)到1.9×104m3，相當(dāng)于1 000輛卡車的運(yùn)水量。四川省長寧-威遠(yuǎn)區(qū)塊單井壓裂液用水量平均為2.5×104m3，壓裂返排液平均在11 250m3，在開采過程中需要消耗大量的水資源，并產(chǎn)生大量返排液廢水。與美國相比，我國頁巖氣多分布在丘陵、山區(qū)地帶，水資源匱乏，交通運(yùn)輸不便，嚴(yán)重制約著頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)。壓裂液中的化學(xué)成分將會對地下水造成潛在的危害，返排液廢水的處理也將投入大量的人力、物力，在水資源匱乏、用水形勢越來越嚴(yán)峻、環(huán)境問題日益突出的情況下，國內(nèi)外加大了無水壓裂液技術(shù)的開發(fā)力度[2]。

無水壓裂液幾乎不含水或含水較少，由于與儲層的配伍性好，返排率可達(dá)100%，對地層和地層水幾乎無傷害。雖然壓裂前期的成本比水力壓裂高，但無需進(jìn)行無害化處理便可循環(huán)再利用，從長遠(yuǎn)角度看，其施工成本和環(huán)境成本遠(yuǎn)低于水力壓裂技術(shù)。無水壓裂液技術(shù)主要包括氮?dú)馀菽瓑毫岩杭夹g(shù)、二氧化碳泡沫壓裂技術(shù)、油基壓裂液技術(shù)、液態(tài)CO2壓裂液技術(shù)和超臨界CO2壓裂液技術(shù)、液化石油氣（LPG）壓裂液技術(shù)及醇基壓裂液技術(shù)等[3-5]。這些技術(shù)大多是采用液態(tài)的氮?dú)?、二氧化碳、烷烴作為基液，添加稠化劑、交聯(lián)劑和其他功能性添加劑來配置壓裂液。

無水壓裂液技術(shù)具有與儲層流體配伍性好、對儲層幾乎無傷害、造縫能力強(qiáng)、返排迅速徹底以及可循環(huán)利用等特點(diǎn)，在不久的未來將成為新型壓裂技術(shù)的主力軍。本文旨在通過專利信息的分析，對無水壓裂液的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理和展望，對主要技術(shù)分支進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1 無水壓裂液專利申請趨勢分析

針對無水壓裂液領(lǐng)域的專利技術(shù)進(jìn)行研究，選擇CNABS為中文專利數(shù)據(jù)庫，DWPI為外文專利數(shù)據(jù)庫，采用關(guān)鍵詞與分類號相結(jié)合的方式進(jìn)行檢索，獲取初步結(jié)果后，先進(jìn)行分類號去噪，再進(jìn)行逐篇人工篩選去噪、標(biāo)引等，最終得到關(guān)于無水壓裂液的專利技術(shù)數(shù)據(jù)樣本，時(shí)間截至2018年6月。

1.1 專利申請態(tài)勢

圖1為無水壓裂液專利申請全球和中國分布情況。從圖1可以看出，從20世紀(jì)70年代開始，全球范圍內(nèi)涉及無水壓裂液技術(shù)的專利申請量整體上隨時(shí)間遞增。

1970—2008年，全球?qū)＠幱谝粋€(gè)緩慢增長的態(tài)勢，專利申請量基本不超過10件。而自2008年以后，無水壓裂液技術(shù)專利申請進(jìn)入一個(gè)快速增長的階段，僅2012年一年，專利申請量就超過50件，其原因是隨著大規(guī)模水力壓裂帶來的環(huán)保問題以及一些無水壓裂技術(shù)帶來的較高效益。例如，2008年美國GASFRC公司發(fā)明的LPG無水壓裂技術(shù)，在400口井實(shí)施例了超過1200級壓裂，獲得世界頁巖氣技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)，且該技術(shù)被美國《TIME》雜志評為2013年度25項(xiàng)最優(yōu)秀的發(fā)明專利之一，這便激起了各研究機(jī)構(gòu)對無水壓裂液的研究興趣。2013年以后，國際專利申請總量有所下降，這主要源于2013年以后國際油價(jià)急劇下跌，各研究機(jī)構(gòu)開始縮減研究經(jīng)費(fèi)，石油巨頭之間開始合并、合作，縮減開發(fā)規(guī)模以應(yīng)對石油寒冬，如哈里伯頓收購貝克休斯、GE并購貝克休斯等，直接導(dǎo)致了國際專利申請量的下降。整體來看，近年來無水壓裂液技術(shù)越來越受到重視，全球?qū)＠暾堅(jiān)诮陙碓鲩L較快，同時(shí)也受到國際形勢的影響。

國內(nèi)無水壓裂液技術(shù)的專利申請起步較晚，自20世紀(jì)80年代中期才開始出現(xiàn)無水壓裂技術(shù)。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初期我國處于改革開放發(fā)展的時(shí)期，石油開發(fā)處于初級階段，開發(fā)的油田區(qū)塊難度較小，水力壓裂技術(shù)應(yīng)用較少，而無水壓裂技術(shù)的使用則更少，因此，這一階段無水壓裂技術(shù)并未得到發(fā)展。2009年以后，我國的油田開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向深層、致密、高難度的油田區(qū)塊，同時(shí)由于技術(shù)發(fā)展、環(huán)保的需要，國際上對無水壓裂液技術(shù)的研究也越來越多，并且我國的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度也越來越完善，因此，無水壓裂技術(shù)的專利申請呈現(xiàn)快速增長。而2013年以后，國際油價(jià)的急劇下跌對國內(nèi)以國有企業(yè)為主的研究機(jī)構(gòu)來說，影響并不大。整體上來看，同全球?qū)＠暾埾嗨?，在國?nèi)無水壓裂技術(shù)的研究已成為熱點(diǎn)。

1.2 主要申請國家/地區(qū)

圖2為無水壓裂技術(shù)全球的主要申請國家/地區(qū)。如圖2所示，無水壓裂液相關(guān)專利申請主要集中在美國、中國和加拿大，所占比例分別為38%、26%和17%，三者總量超過80%。美國的石油開采技術(shù)領(lǐng)先于全球，在無水壓裂領(lǐng)域具有較強(qiáng)的研發(fā)能力及專利布局意識。近年來，我國隨著石油工業(yè)的發(fā)展，特別是頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)，無水壓裂技術(shù)也越來越受到重視。加拿大GASFRAC公司重視對LPG壓裂液的研究，因而加拿大的無水壓裂技術(shù)申請量也占有較大的比重，其他如澳大利亞、歐局、俄羅斯、德國等，專利申請量整體不大。由此可見，美國、中國和加拿大是無水壓裂領(lǐng)域的主要研究主體。

1.3 重要專利申請人

圖3和圖4是無水壓裂液全球相關(guān)專利的主要申請人排名。從圖3可以看出，申請量最高的是國內(nèi)的中國石油，其申請量主要集中在中國石油天然氣股份有限公司及中石油的川慶鉆探公司，另外兩家鉆探公司——長城鉆探、西部鉆探也有少量的申請。其次是延長石油、中國石油大學(xué)、西南石油大學(xué)、中國石化等高校和企業(yè)。可見，國內(nèi)的申請人主要集中在中國石油等國有企業(yè)及幾所石油高校，作為國內(nèi)的主要油氣公司和研究機(jī)構(gòu)，其壟斷性優(yōu)勢明顯，申請量遠(yuǎn)大于其他的民營企業(yè)也在意料之中。

從國際申請人來看，哈里伯頓（Halliburton）能源服務(wù)公司一枝獨(dú)秀，其在無水壓裂液方面的研究領(lǐng)先于各大石油巨頭，在氮?dú)狻⒍趸肌PG壓裂液方面均有研究，而作為北美最大的工業(yè)氣體供應(yīng)商，向來自各行業(yè)的用戶提供各種氣體的普萊克斯公司（Praxair）在氮?dú)狻⒍趸?、氬氣等氣體壓裂方面成果顯著。作為LPG壓裂液的先驅(qū)者，加拿大Gasfrac公司在液化石油氣壓裂液方面的技術(shù)獨(dú)占鰲頭，其他傳統(tǒng)油服巨頭斯倫貝謝（Schlumberger）、康菲（Conocophillips）、道達(dá)爾（Total）、BJ和貝克休斯（Baker Hughes）等公司在無水壓裂液領(lǐng)域也有一定的申請量，同時(shí)也出現(xiàn)了許多專業(yè)型公司，專門從事壓裂方面的研究。從國外的整體情況來看，同國內(nèi)的壟斷性優(yōu)勢不同，在無水壓裂液領(lǐng)域的國外的研發(fā)主體較多，申請人分布較廣，且出現(xiàn)了許多的新型油服公司，各油服公司之間競爭激烈，在低油價(jià)時(shí)代，以提供油田服務(wù)為基礎(chǔ)的各油服公司更加注重新技術(shù)的研發(fā)和布局。

2 結(jié)語

本文對無水壓裂液技術(shù)領(lǐng)域的專利進(jìn)行了整理分析。從專利全球申請態(tài)勢來看，近年來無水壓裂技術(shù)專利申請量增長較快，相關(guān)專利申請主要集中在美國、中國和加拿大，三者總量超過80%。在整體的研發(fā)實(shí)力上，國內(nèi)的中國石油具有數(shù)量最多的申請量，其次是國外的哈里伯頓、Gasfrac和斯倫貝謝等國際油服巨頭，在低油價(jià)時(shí)代，以提供油田服務(wù)為基礎(chǔ)的各油服公司更加注重新技術(shù)的研發(fā)和布局。由此來看，無水壓裂技術(shù)將成為新型壓裂技術(shù)的主力軍，相關(guān)研發(fā)主體應(yīng)不斷突破技術(shù)壁壘，形成核心的技術(shù)體系，提高石油開采的競爭力。

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