壓裂液技術跟蹤與專利分析

趙汩凡 邸偉娜 李婧

摘 ?????要：壓裂液技術起步較早，2001年后專利申請量呈現快速增長的趨勢，目前仍處在發展期。國內外各大油公司、技術服務公司申請了很多壓裂液相關技術專利，其中申請量主要集中在美國。國際油服公司哈里伯頓和斯倫貝謝在壓裂液技術領域的申請量處于行業領先地位。壓裂液專利技術主要涉及化學及合成類專利，但同時也涉及工藝、流程類專利。國內企業應開發適合不同區域特點的系列壓裂液技術，同時加大專利申請量，快速形成相應的專利保護網。

關 ?鍵 ?詞：壓裂液技術;技術跟蹤;專利分析

中圖分類號：TE357.1+2 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0326-04

Abstract： The fracturing fluid technology have been used in 1960s. After 2001， the number of patent applications showed a rapid growth trend， and now it is still in the development stage. Major oil companies and technical service companies have applied for a great number of patents related to fracturing fluids. International technical service companies， such as Halliburton and Schlumberger are in the leading position in the field of fracturing fluids. Fracturing fluid patents mainly involves chemical and synthetic techniques， but it also involves fracturing technology， process， methodology and other contents. Domestic companies should develop series technologies of fracturing fluid that are suitable for different regional characteristics， and also increase the number of patent applications in order to quickly form a corresponding patent protection network.

Key words： Fracturing fluid; Technical tracking; Patent analysis

1 ?壓裂液領域技術現狀

壓裂技術，特別是水利壓裂是改造油氣層的非常有效的方法之一，同時也是油氣井的重要增產增注的工藝措施。在壓裂過程中，注入液體在油氣層能夠形成具有很高的滲流能力的裂縫，改善儲層油氣向井筒內流動的能力，從而提高油氣井的產能。壓裂液作為改造油氣層過程中的重要工作液，它的主要作用是將形成的高壓傳遞到地層中、形成地層裂縫、并沿著裂縫輸送支撐劑的作用[1-4]。制備壓裂液時要考慮巖石及所含流體的物理和化學性質，優選出高效、低傷害和適合儲層特性的優質壓裂液體系，滿足壓裂施工工藝要求[5-9]。近年來，隨著非常規油氣的勘探開發，水力壓裂技術得到大量應用，而壓裂液在水力壓裂中起著至關重要的作用。壓裂液的性能優劣直接關系到壓裂施工的效果和增產效果。針對這種情況，國內外的公司和施工方開展了廣泛的壓裂液技術的研究，陸續開發出稠化水壓裂液、天然植物膠凍膠壓裂液、泡沫壓裂液、酸基壓裂液、乳化壓裂液、油基壓裂液、清潔壓裂液等各種壓裂液體系，解決了油氣田開發采收率低的問題[10-14]。目前，常用的水基壓裂液體系有非交聯型黃原膠/魔芋膠水基凍膠壓裂液、PAC 陽離子聚合物壓裂液體系、有機硼交聯水基壓裂液技術、高黏度水基壓裂液、抗高溫清潔壓裂液、無聚合物壓裂液體系、無固相壓裂液等[15-19]。

從20世紀30年代壓裂液首次應用于壓裂增產措施至今陸續開發出了大量的壓裂液體系。壓裂液可以使用多種常規的或者非常規的液體達到不同的目的，壓裂液的分類和命名目前沒有統一的標準。按照稠化劑類型進行命名，可分為植物膠類壓裂液、合成聚合物壓裂液、表面活性劑壓裂液、纖維素壓裂液等。壓裂施工中按不同泵注階段，壓裂液又可分為預前置液、前置液、攜砂液和替置液。

隨著石油工程技術的發展，儲層改造領域專利數量大幅度增長，截止到2017年底，已有全球壓裂相關技術專利32 851件。國內外各大油公司、技術服務公司申請了很多壓裂液相關技術專利，形成了各自的核心技術及其相應的專利策略。通過專利分析，能夠跟蹤最新的技術進展，能夠掌握壓裂液技術前沿，能夠摸清壓裂液技術的發展方向。

2 ?壓裂液專利檢索

2.1 ?檢索數據庫

專利分析的數據來源基于德溫特專利數據庫，運用德溫特數據庫進行總體專利檢索，作為專利分析的依據;運用專利數據庫中文獻著錄項的數據作為重點專利的判斷依據[20]。德溫特專利數據庫回溯至1963年，覆蓋了農業、電子電氣、化工、藥物、聚合物等各個領域的專利。

2.2 ?檢索策略

根據行業標準等，壓裂液包含了水基、油基、泡沫及乳狀液、非常規等壓裂液體系，每個體系中又可繼續向下細分。通過對技術領域的調研分析，并參考大量專業參考文獻以及技術手冊，確定了主要檢索范圍，見表1所示。為了更全面準確的檢索該技術領域的相關專利，具體運用德溫特專利數據庫，全面檢索了截止到2017年12月31日以前的德溫特專利數據庫內收錄的所有相關國內外專利。

2.3 ?檢索結果

全面檢索了截止到2017年12月31日以前的所有壓裂液相關國內外專利，共檢索到專利家族

7 879件。結合專家意見，從中篩選出1 097件壓裂液高相關專利，并將這些專利作為進一步深入分析的對象，重點分析技術功效，為提出專利技術分析提供數據支撐。

3 ?壓裂液專利申請趨勢

3.1 ?專利年度走勢分析

1966年至今的壓裂液技術領域專利數量年度的變化（如圖1所示），可以發現專利數量走勢可大致分為兩個階段。壓裂液技術專利申請起步較早，2000年以前專利技術數量較少，發展平緩，但進入2000年以后，技術開始迅速發展，專利數量急劇增多，在2013年申請數量達到峰值。

3.2 ?申請人年度走勢

壓裂液技術領域申請人數量的變化趨勢與專利申請數量走勢情況大致相同，見圖2。特別在2000年以前，基本保持了高度一致的增長趨勢，在2001年以后，專利權人開始超越申請量，保持快速增長，并一直持續至今。造成這一現象的原因一方面是行業內的協作和交流增加，使得共同申請或專利權授予的情況增加;另一方面可能在于專利申請策略以及專利文獻撰寫方法的改變。

3.3 ?壓裂液技術領域同族總量變化趨勢

通過分析壓裂液技術領域專利申請量與專利同族總量歷年變化趨勢可以發現（如圖3所示），壓裂液專利同族數量變化趨勢基本與專利申請量的走勢相符合，隨著時間呈現出相同的起伏。這一現象說明了，近十幾年來壓裂液全球專利申請量的增加與專利同族數量的增加有著密切關系。

4 ?壓裂液專利技術布局

4.1 ?壓裂液技術整體格局

壓裂液技術整體行業經過多年的發展，已經基本形成完整的專利布局（如圖4所示）。技術主要涉及壓裂過程的工具、設備、儀器，壓裂方法/工藝，壓裂液體系和配方，同時隨著壓裂液技術的發展和需求的轉變，緩凝和降失水功效壓裂液、工業廢料處理等專利申請也逐漸增多。

4.2 ?專利權人分析

針對壓裂液技術領域中擁有最多申請專利的專利權人的分析結果如表2所示。從專利權人分析可以看出，哈里伯頓、斯倫貝謝的專利申請量占據了行業內的龍頭地位，兩者合起來基本上達到了總量的四分之一。哈里伯頓作為壓裂液行業領軍企業，專利申請量最多。

4.3 ?IPC分類分析

在壓裂液專利申請中，E21B004326（通過形成裂隙或裂縫）占比最大（如圖5所示），遠遠高于位居第二的E21B0043267（通過支撐加強裂縫）。這個特點在申請量走勢圖中也有體現，2000年以前，所有IPC技術領域的壓裂液申請量都維持其地位，且變化不大，2000年以后，E21B004326在增長速度和增長量上都遠遠領先于其他領域。

4.4 ?主要競爭者

通過分析主要專利權人的專利發現，壓裂液領域的重要專利（152件）的持有者中，前三位是均被國際油服公司占據，分別是斯倫貝謝34件，貝克休斯34件，哈里伯頓17件。

斯倫貝謝很重視油田增產措施技術，開發了非常規儲層改造技術、多級壓裂服務、海水基壓裂液等產品和技術，并在壓裂液領域申請了大量專利。

貝克休斯水力壓裂服務主要是應用有效的、定制的增產措施技術實現最大化井的導流能力。貝克休斯有幾十年的壓裂作業經驗，通過巖石結構和壓裂液體系基本原理的認識，應用最適合的方法提高油氣產量。貝克休斯有多種壓裂液產品，包括瓜膠壓裂液、高性能滑溜水體系、高分子量聚合物體系、高抗剪切凝膠、高滲透率恢復破膠劑等，這些都能滿足不同地層的需求，同時將對環境的影響降到最低。ClearStar壓裂液體系含有高分子量的聚合物，能夠改善儲層性能，提高采收率，降低地層傷害，同時具有容易清除、提高導流能力的特點。HydroCare滑溜水壓裂體系具有較高的環境友好性，在降低環境風險的同時提高油氣產量，能夠減小水馬力、保護油井和相關資產不受微生物侵害、提高壓裂液回收率，并穩定暴露在壓裂液中的地層。

哈里伯頓很重視油氣田增產措施技術，相關業務包括酸化、洗井、導流能力持久性等。自從1949年完成第一口商業化壓裂施工，哈里伯頓在美國又完成了超過1×106口井的成功壓裂施工。哈里伯頓壓裂液相關專利比較注重造縫、延長縫、增加縫網復雜性，在支撐劑方面也有所涉及，如水合水泥顆粒、納米顆粒、無支撐劑壓裂等。延遲破膠是一個發展方向，哈里伯頓嘗試將破膠劑放入多孔性小球中，以實現延遲破膠。

5 ?結 論

（1）從專利發展趨勢看，目前壓裂液技術領域發展迅速，已經進入技術發展的成長期，并開始由成長期向成熟期過渡。

（2）從國家地區層面看，壓裂液專利申請主要集中在美國和歐洲，其中美國以占專利申請全球總量的77%，占據優勢地位。

（3）從機構層面看，哈里伯頓、斯倫貝謝的專利申請量占據了行業內的龍頭地位，兩者合起來基本上達到了總量的四分之一。

（4）從技術角度看，壓裂液技術專利主要主要涉及化學及合成類專利，但同時也涉及工藝、流程類專利。

（5）國內企業應學習國際主要油服公司的作法，以滿足國內不同區域的儲層特點為導向，不斷改進現有產品/體系，形成為適合不同區域特點的系列壓裂液技術。同時，應加大專利申請量，快速形成相應的專利保護網。

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