頁巖油氣勘探重點技術專利布局及分析

史 政，陶 成，趙國偉

（1. 中國石化石油勘探開發研究院無錫石油地質研究所，江蘇無錫214126；2. 中國石化油氣成藏重點實驗室，江蘇無錫214126）

0 引言

頁巖油氣作為油氣接替和可持續發展的重要領域，對于保障戰略性能源的安全具有重要意義。縱觀世界石油工業發展史，結合我國近20 年的非常規勘探開發實踐可以看出，科技進步和創新對石油工業的影響和作用巨大。通過對行業重要技術專利進行深入研究，可促進企業有效開展技術創新工作，縮短研發時間，降低研發成本，同時加強對該技術的知識產權保護，研究制定出突破已有專利制約的對策［1-2］。

作為非常規油氣的一種，頁巖油氣在儲層中的賦存狀態復雜［3-4］，對其儲層的勘探識別通常是在整個盆地中進行。非常規油氣的勘探不同于常規油氣勘探通過地震進行識別，而是通過對重點井及巖心巖石物理特征的詳細分析來進行，一旦這些特征顯示儲層具有商業開采潛力，在已確定盆地形態的基礎上，可利用地震幫助識別儲層與儲層邊界。非常規油氣勘探過程注重“甜點”區識別［5］。對非常規油氣的勘探和評價主要有兩個方面內容：一是井位確定和勘探目標要立足“甜點”區；二是對巖心的詳細分析和測井資料的準確獲取，對油氣分布進行有效預測。

1 重點技術分解與檢索結果

對頁巖油氣“甜點”通常從烴源特征、儲集特征、工程參數及經濟條件等方面來判別，因此按照這4項技術領域，將頁巖油氣勘探重點技術分為4 個技術分支：（1）地球化學評價技術；（2）儲層分析測試技術；（3）井筒及現場分析評價技術；（4）資源評價與預測技術。

地球化學評價技術主要包括：（1）水分析技術，涵蓋了礦化度分析、氣分析和同位素分析等技術。（2）氣分析技術，涵蓋了同位素分析和氣體組分分析等技術。（3）油分析技術，涵蓋了可動性分析、運移、含油氣性、分子力學、滲流量分析、擴散量分析、芳烴分析等技術。（4）巖石分析技術，涵蓋了吸附量、游離量、含氣量、有機質豐度、有機質成熟度、孔喉分布、孔徑大小、含油非均質性、含油飽和度、賦存狀態等技術。

儲層分析測試技術包括：（1）定性分析及觀測技術，涵蓋了聚焦離子束拋光-電鏡掃描技術分析、場發射掃描結合能譜分析、二次電子/背散射電子分析、微米CT 成像技術、納米CT 成像技術等技術。（2）物性、孔隙結構、可壓性分析測試技術，涵蓋了高壓壓汞法、N2和CO2低壓吸附法、小角X射線散射法、小角中子散射、超小角中子散射、核磁共振、數字巖心/3D 巖心、儲層評價、儲集物性下限、可壓性、脆性指數、破裂壓力、脆延轉化、可壓性評價、泊松比、楊氏模量、脆性礦物、黏土礦物、頁巖厚度、壓裂技術（室內模擬）。（3）巖性識別評價，涵蓋了礦物骨架、非均質性、儲層預測、巖性巖相預測/分類、礦物組成、黏土、碎屑巖、碳酸巖、鹽巖、脆性礦物、黏土礦物等技術。（4）吸附能力評價，涵蓋了吸附能力測試技術和等溫吸附模型等技術。

井筒及現場分析評價技術包括：（1）測井識別與評價，涵蓋了巖性識別、孔隙度計算、含油氣飽和度計算方法等技術。（2）錄井識別與評價，涵蓋了錄井識別與評價技術、氣測全烴、組分分析、氣測異常分析技術。（3）含氣量測試，涵蓋了含氣量測試技術，解吸氣分析技術和損失氣計算方法等技術。（4）鉆井及壓裂改造，涵蓋了壓裂改造、可壓性、體積壓裂、破裂壓力、鉆井技術、鉆井液、鉆井液黏度和鉆井液密度等技術。

資源評價與預測技術包括：（1）“甜點”預測技術，涵蓋“甜點”預測技術、資源評價技術、評價參數選區和指標體系建立等技術。（2）資源量及產能預測技術，涵蓋了資源量預測技術、產能預測等技術。

對全球專利數據進行檢索與清洗，研究共獲得頁巖油氣勘探技術相關專利1 417 件，含申請公開850件，授權公開567 件。從法律狀態的角度來看，有效專利數量為1 173件，失效專利數量244件，有效專利包含484件有效授權專利和689件審查中的專利。從專利法律角度來看，頁巖油氣勘探技術有效專利比例遠超失效專利比例，其中有效授權達到41.2%，表明該技術領域處于高速發展階段。

從專利數量角度來看：儲層分析測試技術和井筒及現場分析技術件數較多，分別為511 和381 件，占35.9%和26.8%；地球化學評價技術298件，占20.9%；資源評價與預測技術233 件，占16.4%。中國專利與全球專利的數量排序相同：儲層分析測試技術369件，占37.2%；井筒及現場分析評價技術315 件，占31.7%；地球化學評價技術167件，占16.8%；資源評價與預測技術142件，占14.3%。美國專利與全球專利、中國專利的數量排序略有不同：儲層分析測試技術24 件，占40.0%；地球化學評價技術17 件，占28.3%；資源評價與預測技術14 件，占23.3%；井筒及現場分析評價技術5件，占8.3%。從簡單同族數量來看依次是：儲層分析測試技術411 個，占36.4%；井筒及現場分析評價技術336 個，占29.8%；地球化學評價技術207 個，占18.4%；資源評價與預測技術174 個，占15.4%（見表1）。

2 主要申請人分析

頁巖油氣勘探技術研究的主要參與者包括各大石油公司、研究院所以及大學的油氣地質實驗室。

國內頁巖油氣勘探技術主要參與者之中，中國石化、中國石油、高等院校、中國科學院系統一直是國內石油企業中頁巖油氣勘探領域專利申請大戶。由于各主要研究機構研究的側重點不同，導致不同機構在專利技術布局方面各具特點。比如在地球化學方面，中科院系統以生烴模擬方向為主，中國石油與中國石化既有生烴模擬方面的布局，又有在頁巖油氣烴源巖評價方法等直接應用于勘探方面的專利布局。一些石油石化私人企業也有少量專利，但這些企業更多地注重與產品銷售相關聯的專利布局。一些高等院校也是頁巖油氣勘探技術研究的主要參與者，主要包括中國石油大學、中國地質大學、西南石油大學、成都理工大學等。

國外頁巖油氣勘探技術參與者主要有埃克森美孚、哈里伯頓、斯倫貝謝等公司和相應的研究機構。不同公司研究的側重點有所不同，形成了各自的技術布局特點。如埃克森美孚公司主要集中于油頁巖層加熱生烴過程，通過研究地層加熱后油氣生成的過程及其運移行為、生烴作用對原始地層孔滲條件的影響以及加熱方式與裝置等，在地層原位加熱生烴方面取得了大量具有獨立知識產權的成果。哈里伯頓公司主要集中于地層測試、核磁測井、地層三相流體評價，以及巖石孔隙度、滲透率、流體測試等方面；斯倫貝謝公司側重于非常規樣品吸附特性、孔隙微觀結構，以及地層流體識別評價方向。

總結來看，國內頁巖油氣勘探技術的參與者主要為石油公司、高校及研究機構，而國外則主要集中在各大石油公司，且國外主要競爭者更側重于油氣勘探開發密切相關的領域和方向，直接服務于生產的目的性非常明確。

3 重點技術專利布局分析

3.1 地球化學評價技術

地球化學評價技術相關專利申請趨勢，除有專利未到公開時間的2017 年和2018 年，總體保持上升的趨勢。其中2009—2012 年是快速增長階段，2013 年起增長開始放緩（見圖1）。

從主要申請人布局國家/地區情況可以看出，與國外申請人相比，中國申請人將大部分專利都布局在中國，而埃克森美孚公司、斯倫貝謝公司、哈里伯頓公司等企業的布局策略相對更加傾向于在多個國家布局，包括北美、澳大利亞、歐洲等國家/地區（見表2）。

表1 4個分支技術的專利數量及占比

圖1 4個分支技術相關專利申請趨勢

關于水分析申請路線，除了2012 年一件俄羅斯的PCT 申請之外，其余都是中國申請，即只在中國國內有專利申請，沒有國外申請。氣分析路線，除了2010 年和2014 年有外國專利布局之外，其余年度都是中國申請人在中國的專利布局，且不存在前后引用關系。油分析和巖石分析技術分支中，外國申請人和中國申請人都有專利布局。總體來說，外國申請人的策略是不追求簡單同族數量多，但一個簡單同族下在多個國家/地區進行保護，中國申請人全部是在中國的專利申請，沒有對外國進行專利布局。

3.2 儲層分析測試技術

儲層分析測試技術專利申請在2010年后開始快速增長，2015年出現了短暫的下降，2016年再次開始快速增長，并且大幅度超過了下降前2014 年的申請數量。2016 單個年度的申請數量已經超過了100 件以上（見圖1）。

從儲層分析測試技術專利主要申請人布局國家/地區情況申請數量總量上來看，排名前4位的申請人均為中國申請人，包括中國石油、中國石油大學、中國石化和西南石油大學，絕大部分申請為中國專利，少量為國外專利（見表3）。前10位中有4家國外企業，包括哈里伯頓、沙特阿拉伯石油公司、斯倫貝謝公司和貝克休斯公司，與中國申請人明顯不同的是，這些公司都是多個國家/地區進行專利布局，從布局地域上來看，相對較為分散，而非集中在公司總部所在國集中申請。

表2 地球化學評價技術主要申請人布局國家/地區情況 （單位：件）

表3 儲層分析測試技術專利申請人布局國家/地區情況 （單位：件）

定性分析及觀測技術大部分的專利為中國申請人在中國的專利申請，并且這些專利沒有海外布局，均是僅在中國申請。國外申請人包括：貝克休斯、沙特阿拉伯石油公司、韓國地質資源研究院，除沙特阿拉伯石油公司2015年的1件申請外，其余2家都是采用同一個簡單同族多個國家/地區布局的策略。物性、孔隙結構、可壓性分析測試技術，國外申請人的專利布局力度明顯加大，10 年間的專利存在著大量的引用關系，表明該技術分支下技術競爭相對更為激烈。巖性識別評價技術，大部分的專利為中國申請人在中國的專利申請，并且大部分專利沒有海外布局，僅在中國申請。國外申請人包括：斯倫貝謝、特拉工業濟州大學、韓國地質資源研究院，國外申請人也基本不在多個國家進行專利布局。吸附能力評價技術，除最早的2011年斯倫貝謝布局了1個簡單同族，其余專利均為中國申請人在中國的專利申請，并且沒有海外布局，僅在中國申請。

3.3 井筒及現場分析評價技術

井筒及現場分析評價技術專利申請自2009 年起，除了2015年出現過單個年度下降之外，其余年度均保持上升態勢（見圖1）。主要申請人的布局國家/地區，中國石化在數量方面保持大幅度領先，同其他的中國企事業單位一樣，主要專利申請均為中國申請，而國外申請人的特點是擁有多個國家/地區布局。

測井識別預評價技術，早期在2011 年康菲和哈里伯頓布局了1 個簡單同族專利，中期在2013、2015和2016 年斯倫貝謝布各布局了1 至2 個簡單同族專利，其余專利均為中國申請人在中國的專利申請，并且沒有海外布局，僅在中國申請。錄井識別與評價技術，僅有3家中國企業有相關申請，分別是：天津陸海石油設備系統工程有限責任公司、中國石化和中國石油。含氣量測試技術分支下，專利數量較大，所有的申請人均為中國申請人，有極少量的海外布局，且存在前后引用關系的簡單同族（見表4）。鉆井及壓裂改造技術方面，2011 年斯倫貝謝布局了1 個簡單同族，2013 年韓國申請人申請了6 件專利，2016 年Gas Sensing Technology Corp.布局了1件PCT申請，其余專利均為中國申請人在中國的專利申請，并且沒有海外布局，僅在中國申請。

3.4 資源評價與預測技術

資源評價與預測技術專利申請呈現波浪式：第1個小高峰出現在2011 年，主要是由于國外申請人開始在多個國家/地區進行專利布局；第2 個小高峰是2014 年，主要是由于殼牌等國外申請人與中國的眾多申請人專利布局疊加；隨著國外申請人專利申請活躍度下降，由中國申請人支撐起在2015 年以后形成的申請上漲趨勢（見圖1）。排名前10 位的申請人中包括中國申請人和外國申請人各5位，外國申請人的專利分散在中國、北美、澳大利亞、歐洲等地，中國申請人的專利較為集中地布局在中國。

“甜點”預測技術專利申請在2009—2013 年間，國外申請較為活躍，簡單同族下對韓國、北美、澳大利亞、南美的阿根廷和巴西等國家/地區進行專利布局。中國籍申請人進入2013 年后逐漸開始活躍，但申請以中國專利為主，僅有少量專利有PCT專利和美國專利同族。中國專利間存在大量的引用關系。資源量及產能預測技術專利申請在2010—2015 年間，外國申請人較為活躍，包括康菲、雪弗龍、哈里伯頓、首爾國立大學、斯倫貝謝，均有一定數量的專利布局，其中雪弗龍、哈里伯頓采用了簡單同族下多個國家/地區布局的策略。中國申請人在2010年后活躍程度逐漸上升，但絕大部分專利都是中國專利申請，僅有少量同步布局的外國專利。從引用關系上來看，2016年以前的多件專利存在引用關系。

表4 井筒及現場分析評價技術申請人的布局國家/地區情況 （單位：件）

研究表明，2009 年以來，地球化學評價、儲層分析、井筒及現場分析評價技術的專利申請量總體上保持增長趨勢。2009—2014 年處于快速增長階段，2014—2015 年油價低迷導致專利申請量出現大幅下滑，2016 年油價的反彈又帶動了相關領域專利申請量反彈，并出現反超。資源評價與預測技術在時間軸上則是呈現多個高峰并排出現。需要說明的是，2017和2019 年檢索到的專利數量減少，是由于這兩年的專利尚處于未完全公開狀態。從空間布局來看，中國申請人的專利申請最多，且基本只在國內進行布局，國外申請人比較分散，且與中國申請人不同的是，國外的專利申請在多個地區/國家進行了布局保護。

4 結論與建議

自2012 年起，中國頁巖油氣勘探技術專利開始成為全球專利布局的主要力量，從專利法律狀態的角度來看，頁巖油氣勘探技術有效專利比例遠超失效專利的比例，這表明該技術領域處于高速發展階段。從技術分布來看，儲層分析測試和井筒及現場分析評價技術的專利數量最多，地球化學評價和資源評價與預測技術次之。

國內的專利申請人主要是大石油公司以及高等院校、研究機構，而國外的技術競爭者主要是各大石油公司，且國外競爭者的技術主要側重于與油氣勘探開發密切相關的領域和方向，且直接服務于生產的目的非常明確。

2009年以來，地球化學評價、儲層分析測試和井筒及現場評價技術的專利申請量總體上保持增長趨勢，在2014—2015年出現下滑后，2016年出現反彈并反超，而資源評價與預測技術專利申請在時間上呈現多個小高峰。從空間布局來看，中國申請人的專利申請最多，且基本只在國內進行布局，國外申請人比較分散，且與中國申請人不同的是，國外的專利申請在多個地區/國家進行了布局保護。

目前，國內大多數企業和研究機構只有知識保護的概念，尚未形成知識產權轉化和運營的理念［6］。我國企業要想實現走出國門，開拓海外市場，必須要前瞻性地評估國外市場和競爭對手，落實戰略布局，對接國際標準的制定，提高話語權，搶占國際競爭的制高點。