頁巖氣開發專利分析

李波

摘 要：文章從專利分析的角度對國內外頁巖氣開發專利進行統計分析，通過對專利申請的技術領域、技術演進以及重要申請人等信息的分析，歸納出國內企業在頁巖氣開發領域的技術地位以及研究發展方向等結論，對國內企業進行頁巖氣的專利技術開發、布局的實踐起到重要引導作用。

關鍵詞：頁巖氣；技術領域；技術演進；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，表現為游離狀態或吸附狀態的天然氣聚集物，屬于天然氣生成之后在碳源巖層內就近聚集的結果，化學成分以甲烷為主的干氣[1]。

頁巖氣開發主要包括地震勘探、鉆井、測井、頁巖氣含量錄井和現場測試、固井技術、完井技術、儲層改造以及監測監控。頁巖氣的地震勘探包括三維地震技術和井中地震技術，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，水平井已經成為頁巖氣開發的主要鉆井方式，鉆井技術包括旋轉導向技術、隨鉆測井技術、控壓貨欠平衡鉆井技術、泡沫固井技術。固井技術主要是泡沫水泥、酸溶性水泥等技術。儲層改造技術主要包括多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴水和重復壓裂等技術，其中，水平井鉆井技術和水裂壓裂技術是頁巖氣開發的關鍵核心技術，同時也是美國頁巖氣開發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日之前的發明或實用新型專利，檢索在CNABS數據庫、CNTXT數據庫以及DWPI數據庫中進行，檢索模式為分類號加關鍵詞。將檢索獲得的專利數據進行除重、數據加工、篩選整理后建立專利樣本數據庫，進行分析研究，最后確定6442篇有效的相關專利文獻。

3 分析結果

3.1 頁巖氣開發重點專利技術領域

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

從圖1中可以看到，前10個IPC大組涉及的技術內容基本上涵蓋了頁巖氣開發的主要技術分支，可見頁巖氣開發關鍵技術是勘探、鉆井、壓裂以及壓裂監測，說明這些技術屬于應用較為成熟的技術。而上述技術中，關于地震勘探以及勘探數據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領域，勘探技術方面技術發展緩慢，并未出現大量專利申請。

3.2 專利技術發展演進

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

圖2顯示了，頁巖氣早期涉及的技術手段主要是地震勘探，地面監測裂縫。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域的熱點，始終受到企業的關注。而對于地面監測裂縫，典型申請是SEN-N科學公司于1971年申請的US3739871A，涉及水力壓裂地圖方法，具體技術手段為利用地面檢波器（裂縫產生的微震波）陣列對壓裂裂縫進行監測。此后，在壓裂監測方面，一直延續著通過監測微震情況以實現對壓裂施工中裂縫擴展的監測。

隨著水平井鉆井和壓裂增產技術取得突破，頁巖氣開發正式進入商業開采階段。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導向鉆井系統。以這些專利技術為代表的水平井鉆井和壓裂技術的取得突破，使得哈利伯頓、斯倫貝謝這樣的大型綜合性油田服務公司之外在頁巖氣開發技術服務方面處于領頭羊位置。endprint

3.3 重要申請人統計分析

根據申請量分析，并結合前期的統計結果將頁巖氣開發領域較為重要的申請人總結如圖3。

參見圖3，可見美國在頁巖氣開發技術領域的專利共有551件，專利技術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（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，并一直保持較穩定的增長態勢，這表明美國經過近20年的研發和實踐，在頁巖氣開采領域形成了相對完整的技術體系，無論從專利數量還是影響力上看，美國都在國際競爭中占據絕對的優勢地位。

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

4 結束語

通過重點分析本領域重要技術領域、技術演進以及重要申請人，本文分析、整理了頁巖氣專利技術。中國從2005年開始關注頁巖氣資源，國內企業在該領域的國際技術競爭力較弱。因此，在關鍵核心技術領域，國內相關企業應當集中研發力量進行攻關，爭取掌握具有自主知識產權并形成中國的特色的核心專利族群，依據現有的專利資源制定合理的專利戰略，著眼未來，布局專利申請，提高企業核心競爭力和資源開發效率。

參考文獻：

[1]魏保志.熱點技術專利預警分析 作物分子輔助育種、儲氫材料、體腔內微型機器人、頁巖氣分冊[M].北京：知識產權出版社，

2014，04.

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

[3]張英俊，吳捷，孫文慧.頁巖氣技術開發現狀綜述[J].科技創新與應用，2013（09）：84.

[4]李建芳，劉云文.頁巖氣勘探開發技術研究[J].科技創新與應用，2014（31）：68-70.

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