專利視角下石油鉆機技術分析與對策研究*

□ 肖 虎 □ 淮 超 □ 李曉康 □ 劉海峰 □ 張虎山 □ 戴嘉慶

1.中油國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心有限公司 陜西寶雞 721002 2.寶雞石油機械有限責任公司 陜西寶雞 721002

1 研究背景

石油鉆機是油氣勘探、開發作業中的主要鉆井裝備,為鉆井服務,隨鉆井技術的發展而發展。油氣資源的開發水平在一定程度上依賴于鉆井裝備的技術水平。近年來,我國在石油鉆機技術研發方面取得了長足的進步,先后在管柱自動化、超深井鉆機、鉆機整體移運、司鉆集成控制等方面掌握了一批先進技術[1],提升了鉆機自動化水平,有效支撐了石油企業完成鉆完井提速提效、增儲增產的要求和目標。

世界知識產權組織的研究表明,全世界的發明創造信息90%以上首先通過專利文獻反映出來[2]。專利是最直接反映科技發展水平、行業技術路徑,以及最新動態的情報文獻[3]。筆者基于我國石油鉆機專利數據,采用關鍵詞檢索法,通過對近十年的專利申請量、地域分布、申請人排名、國際專利分類技術構成,以及核心專利等信息進行統計分析,揭示出我國石油鉆機技術領域當前的專利活動特點,并有針對性地提出對策建議,進而為石油鉆機技術領域的科研創新及企業發展提供參考。

2 專利檢索

智慧芽全球專利數據庫有超過1.5億條全球專利數據,覆蓋116個國家和地區,提供精準、多維度、可視化的專利情報。筆者將智慧芽專利數據庫搜索引擎作為檢索工具,針對石油鉆機八大系統主要部件,采用關鍵詞檢索法,關鍵詞檢索范圍為專利的名稱和摘要,對2010年至2020年間相關公開專利進行檢索。經過同族合并、人工去噪后,最終的檢索結果為1 958件。由于專利自申請日起滿18個月予以公布,因此2020年的數據僅供參考,同時不影響整體分析。

3 專利分析

3.1 專利總體情況

在石油鉆機技術領域內,專利總體情況見表1。發明專利與實用新型專利數量的比值在一定程度上能夠反映技術創新程度的高低。2020年國內發明專利與實用新型專利數量的比值為0.511,石油鉆機類比值為0.454,略低于國內平均水平。

表1 石油鉆機專利總體情況

3.2 專利申請整體趨勢

近十年來,與石油鉆機相關的專利申請數量整體呈緩慢增長的趨勢。如圖1所示,石油鉆機專利申請數量的變化與國際油價走勢基本吻合,并呈現一定的滯后性。當國際油價在低位時,研發投資減少,專利申請量下降[4-5]。近兩年,國際油價相對較低,而專利申請量在走高,說明石油裝備制造行業技術創新能力在提高,知識產權保護意識增強。

▲圖1 石油鉆機專利申請整體趨勢

3.3 專利地域分布

對于專利合作條約申請,在進入目標國前,申請人需要充分考慮技術質量、經濟價值,以及投入產出比。石油鉆機專利技術地域分布見表2。由表2可以看出,我國本土專利數量為1 929件,占比98.52%,高居第一。國外在我國的專利占比,美國、英國、荷蘭依次為1.38%、0.05%、0.05%。我國專利申請人通過專利合作條約途徑遞交的國際專利申請僅有4件,作為石油鉆機出口大國,相比而言,反映出技術創新程度不夠高,海外專利布局意識不強。

表2 石油鉆機專利技術地域分布

3.4 專利申請人排名

通過專利申請人排名,可以看出石油鉆機技術領域內各主要公司擁有的專利數量,了解技術領域內的主要公司和競爭情況。石油鉆機專利申請人排名如圖2所示。由圖2可以看出，前八位申請人均為企業,前三依次為寶雞石油機械、四川宏華、山東科瑞,沒有高校專利申請人,說明高校專利量占比不高,表明校企協同創新力度不夠。

▲圖2 石油鉆機專利申請人排名

3.5 國際專利分類技術構成

分析石油鉆機技術領域內主要技術分支的占比情況,可以了解主要技術分支的創新熱度。另一方面,當前技術布局的空白點可能成為潛在機會。石油鉆機專利國際專利分類技術構成見表3。由表3可見,石油鉆機專利技術主要分布在E21B15、E21B19、E21B7、B66D1分類。各種類型的鉆機,如連續運動起下鉆鉆機、極地鉆機、齒輪齒條鉆機、超深井鉆機等及其結構創新,使E21B15分類專利約占1/4。E21B19分類專利約占1/5,主要緣于管柱自動化技術的高速發展。隨著鉆機自動化技術的發展,以及控制技術水平的提高,E21B44分類專利占比達到6.03%。

表3 石油鉆機專利國際專利分類技術構成

3.6 核心專利

專利引證提供了技術的關聯性指標,通過專利引證,可以挖掘出有重要影響力的核心專利[6]。在石油鉆機技術領域內,前五項高頻被引專利見表4,主要集中在管柱處理系統。分析同一發明所擁有的同族專利數量,有助于評價專利的重要性。在石油鉆機技術領域內,同族數量最多的前八項專利見表5,主要通過工藝流程優化、整體結構創新實現技術引領。由表5可見,我國專利申請主體偏向技術研究,但缺少足夠高端和前沿技術方面的專利成果。

表4 石油鉆機高頻被引專利

表5 石油鉆機同族數量最多專利

4 對策建議

(1)加強海外專利布局,維護提升國際市場地位。

隨著知識產權經濟的發展,專利資源已經逐漸成為國家產業發展的戰略性資源。通過專利布局占領目標市場,已經成為跨國企業爭奪和控制國外市場的重要手段。我國是石油鉆機出口大國,我國企業應當加強海外專利布局,以保護核心技術,對抗競爭對手或參與行業競爭,進而維護、提升國際競爭優勢和市場地位。如CN205154040U號公開了一種直立行走鉆機井架上段折疊機構[7],這是國內石油裝備制造企業針對中東沙漠地區特殊環境而設計的一種直立移運后折疊井架[8],基于專利保護的地域性原則,宜考慮在出口國進行相關專利布局。

(2)組建專利聯盟,推動技術共享,進而促進標準應用。

專利聯盟是企業之間基于共同的戰略利益,以相關的專利技術為紐帶形成的聯盟。通過組建石油鉆井裝備專利聯盟,構筑專利池,推動各個研發主體在技術上的合作共享,有利于專利技術的推廣應用。目前,我國出口的石油鉆機大多數被客戶要求采用美國石油學會標準,聯盟企業應重視標準必要專利的作用,依托專利池,促進相關國家標準和行業標準的制定[9],積極參與國際標準化活動,使中國標準真正走向世界,發揮作用,保護我國出口石油鉆機的利益。

(3)產學研用協同創新,推進高端裝備研發應用。

我國常規石油鉆井裝備在研發能力和制造規模方面處于國際領先水平,但是高端裝備缺乏核心競爭力,相比發達國家仍有差距。應當建立以企業為主體,以市場為導向,產學研用相結合的協同創新實體,有效整合不同創新主體間的科技資源,發揮聯合攻關的技術優勢,集中攻關一批“卡脖子”技術,協同推進高端裝備的研發,加速創新成果轉化應用[10]。

(4)裝備技術與信息技術深度融合,提升石油鉆機智能化水平。

近幾年來,依據中石油“六年三代”鉆井工程裝備“四化”建設長期規劃,國內石油鉆機自動化水平得到了本質提升,初步實現了“五省”效果。但是,油氣裝備產業的信息化程度較低,仍處于初級階段。隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等信息技術的突飛猛進發展,油氣裝備技術應當與信息技術深度融合,著力進行石油鉆機遠程故障診斷及技術服務、石油鉆機系統關鍵裝備自主決策和智能聯動等關鍵技術研究,提升我國石油鉆機數字化、智能化水平,為實現智能鉆井提供裝備保障。

(5)開發應用石油鉆機節能技術,助力實現降碳減排目標。

在能源轉型的道路上,化石能源在相當長時間內還將起到不可替代的作用。在石油鉆井過程中,存在嚴重的能源浪費情況,在碳達峰、碳中和約束條件下,石油裝備企業應加大石油鉆機節能技術開發應用力度,如CN202673478U號公開的石油鉆機余熱發電裝置技術,CN103414253A、CN110748464A、CN104806201A號公開的石油鉆機動能回收技術,通過提高能源效率來減少溫室氣體排放,進而助力石油行業實現降碳減排目標。

5 結束語

筆者通過對近十年來我國石油鉆機技術領域內的專利信息進行統計分析,揭示當前這一領域專利活動所具有的特點:在行業整體技術創新能力提高,知識產權保護意識增強的同時,海外專利布局意識不強,校企協同創新力度不足,高端裝備技術創新程度不夠。針對分析結果,有針對性地提出重視海外專利布局、組建專利聯盟、產學研用協同創新、裝備技術與信息技術深度融合發展、開發應用節能技術等對策建議。