壓裂液技術(shù)跟蹤與專(zhuān)利分析

趙汩凡 邸偉娜 李婧

摘 ?????要：壓裂液技術(shù)起步較早，2001年后專(zhuān)利申請(qǐng)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，目前仍處在發(fā)展期。國(guó)內(nèi)外各大油公司、技術(shù)服務(wù)公司申請(qǐng)了很多壓裂液相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利，其中申請(qǐng)量主要集中在美國(guó)。國(guó)際油服公司哈里伯頓和斯倫貝謝在壓裂液技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)量處于行業(yè)領(lǐng)先地位。壓裂液專(zhuān)利技術(shù)主要涉及化學(xué)及合成類(lèi)專(zhuān)利，但同時(shí)也涉及工藝、流程類(lèi)專(zhuān)利。國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)開(kāi)發(fā)適合不同區(qū)域特點(diǎn)的系列壓裂液技術(shù)，同時(shí)加大專(zhuān)利申請(qǐng)量，快速形成相應(yīng)的專(zhuān)利保護(hù)網(wǎng)。

關(guān) ?鍵 ?詞：壓裂液技術(shù);技術(shù)跟蹤;專(zhuān)利分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TE357.1+2 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 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(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀

壓裂技術(shù)，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(shí)也是油氣井的重要增產(chǎn)增注的工藝措施。在壓裂過(guò)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(chǔ)層油氣向井筒內(nèi)流動(dòng)的能力，從而提高油氣井的產(chǎn)能。壓裂液作為改造油氣層過(guò)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(shí)要考慮巖石及所含流體的物理和化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)選出高效、低傷害和適合儲(chǔ)層特性的優(yōu)質(zhì)壓裂液體系，滿(mǎn)足壓裂施工工藝要求[5-9]。近年來(lái)，隨著非常規(guī)油氣的勘探開(kāi)發(fā)，水力壓裂技術(shù)得到大量應(yīng)用，而壓裂液在水力壓裂中起著至關(guān)重要的作用。壓裂液的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到壓裂施工的效果和增產(chǎn)效果。針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)外的公司和施工方開(kāi)展了廣泛的壓裂液技術(shù)的研究，陸續(xù)開(kāi)發(fā)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(kāi)發(fā)采收率低的問(wèn)題[10-14]。目前，常用的水基壓裂液體系有非交聯(lián)型黃原膠/魔芋膠水基凍膠壓裂液、PAC 陽(yáng)離子聚合物壓裂液體系、有機(jī)硼交聯(lián)水基壓裂液技術(shù)、高黏度水基壓裂液、抗高溫清潔壓裂液、無(wú)聚合物壓裂液體系、無(wú)固相壓裂液等[15-19]。

從20世紀(jì)30年代壓裂液首次應(yīng)用于壓裂增產(chǎn)措施至今陸續(xù)開(kāi)發(fā)出了大量的壓裂液體系。壓裂液可以使用多種常規(guī)的或者非常規(guī)的液體達(dá)到不同的目的，壓裂液的分類(lèi)和命名目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。按照稠化劑類(lèi)型進(jìn)行命名，可分為植物膠類(lèi)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(yù)前置液、前置液、攜砂液和替置液。

隨著石油工程技術(shù)的發(fā)展，儲(chǔ)層改造領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量大幅度增長(zhǎng)，截止到2017年底，已有全球壓裂相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利32 851件。國(guó)內(nèi)外各大油公司、技術(shù)服務(wù)公司申請(qǐng)了很多壓裂液相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利，形成了各自的核心技術(shù)及其相應(yīng)的專(zhuān)利策略。通過(guò)專(zhuān)利分析，能夠跟蹤最新的技術(shù)進(jìn)展，能夠掌握壓裂液技術(shù)前沿，能夠摸清壓裂液技術(shù)的發(fā)展方向。

2 ?壓裂液專(zhuān)利檢索

2.1 ?檢索數(shù)據(jù)庫(kù)

專(zhuān)利分析的數(shù)據(jù)來(lái)源基于德溫特專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用德溫特?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行總體專(zhuān)利檢索，作為專(zhuān)利分析的依據(jù);運(yùn)用專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)中文獻(xiàn)著錄項(xiàng)的數(shù)據(jù)作為重點(diǎn)專(zhuān)利的判斷依據(jù)[20]。德溫特專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)回溯至1963年，覆蓋了農(nóng)業(yè)、電子電氣、化工、藥物、聚合物等各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)利。

2.2 ?檢索策略

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，壓裂液包含了水基、油基、泡沫及乳狀液、非常規(guī)等壓裂液體系，每個(gè)體系中又可繼續(xù)向下細(xì)分。通過(guò)對(duì)技術(shù)領(lǐng)域的調(diào)研分析，并參考大量專(zhuān)業(yè)參考文獻(xiàn)以及技術(shù)手冊(cè)，確定了主要檢索范圍，見(jiàn)表1所示。為了更全面準(zhǔn)確的檢索該技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專(zhuān)利，具體運(yùn)用德溫特專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)，全面檢索了截止到2017年12月31日以前的德溫特專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)收錄的所有相關(guān)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利。

2.3 ?檢索結(jié)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(guān)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利，共檢索到專(zhuān)利家族

7 879件。結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn)，從中篩選出1 097件壓裂液高相關(guān)專(zhuān)利，并將這些專(zhuān)利作為進(jìn)一步深入分析的對(duì)象，重點(diǎn)分析技術(shù)功效，為提出專(zhuān)利技術(shù)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3 ?壓裂液專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)

3.1 ?專(zhuān)利年度走勢(shì)分析

1966年至今的壓裂液技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量年度的變化（如圖1所示），可以發(fā)現(xiàn)專(zhuān)利數(shù)量走勢(shì)可大致分為兩個(gè)階段。壓裂液技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)起步較早，2000年以前專(zhuān)利技術(shù)數(shù)量較少，發(fā)展平緩，但進(jìn)入2000年以后，技術(shù)開(kāi)始迅速發(fā)展，專(zhuān)利數(shù)量急劇增多，在2013年申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到峰值。

3.2 ?申請(qǐng)人年度走勢(shì)

壓裂液技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)人數(shù)量的變化趨勢(shì)與專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量走勢(shì)情況大致相同，見(jiàn)圖2。特別在2000年以前，基本保持了高度一致的增長(zhǎng)趨勢(shì)，在2001年以后，專(zhuān)利權(quán)人開(kāi)始超越申請(qǐng)量，保持快速增長(zhǎng)，并一直持續(xù)至今。造成這一現(xiàn)象的原因一方面是行業(yè)內(nèi)的協(xié)作和交流增加，使得共同申請(qǐng)或?qū)＠麢?quán)授予的情況增加;另一方面可能在于專(zhuān)利申請(qǐng)策略以及專(zhuān)利文獻(xiàn)撰寫(xiě)方法的改變。

3.3 ?壓裂液技術(shù)領(lǐng)域同族總量變化趨勢(shì)

通過(guò)分析壓裂液技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量與專(zhuān)利同族總量歷年變化趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)（如圖3所示），壓裂液專(zhuān)利同族數(shù)量變化趨勢(shì)基本與專(zhuān)利申請(qǐng)量的走勢(shì)相符合，隨著時(shí)間呈現(xiàn)出相同的起伏。這一現(xiàn)象說(shuō)明了，近十幾年來(lái)壓裂液全球?qū)＠暾?qǐng)量的增加與專(zhuān)利同族數(shù)量的增加有著密切關(guān)系。

4 ?壓裂液專(zhuān)利技術(shù)布局

4.1 ?壓裂液技術(shù)整體格局

壓裂液技術(shù)整體行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)基本形成完整的專(zhuān)利布局（如圖4所示）。技術(shù)主要涉及壓裂過(guò)程的工具、設(shè)備、儀器，壓裂方法/工藝，壓裂液體系和配方，同時(shí)隨著壓裂液技術(shù)的發(fā)展和需求的轉(zhuǎn)變，緩凝和降失水功效壓裂液、工業(yè)廢料處理等專(zhuān)利申請(qǐng)也逐漸增多。

4.2 ?專(zhuān)利權(quán)人分析

針對(duì)壓裂液技術(shù)領(lǐng)域中擁有最多申請(qǐng)專(zhuān)利的專(zhuān)利權(quán)人的分析結(jié)果如表2所示。從專(zhuān)利權(quán)人分析可以看出，哈里伯頓、斯倫貝謝的專(zhuān)利申請(qǐng)量占據(jù)了行業(yè)內(nèi)的龍頭地位，兩者合起來(lái)基本上達(dá)到了總量的四分之一。哈里伯頓作為壓裂液行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，專(zhuān)利申請(qǐng)量最多。

4.3 ?IPC分類(lèi)分析

在壓裂液專(zhuān)利申請(qǐng)中，E21B004326（通過(guò)形成裂隙或裂縫）占比最大（如圖5所示），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于位居第二的E21B0043267（通過(guò)支撐加強(qiáng)裂縫）。這個(gè)特點(diǎn)在申請(qǐng)量走勢(shì)圖中也有體現(xiàn)，2000年以前，所有IPC技術(shù)領(lǐng)域的壓裂液申請(qǐng)量都維持其地位，且變化不大，2000年以后，E21B004326在增長(zhǎng)速度和增長(zhǎng)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他領(lǐng)域。

4.4 ?主要競(jìng)爭(zhēng)者

通過(guò)分析主要專(zhuān)利權(quán)人的專(zhuān)利發(fā)現(xiàn)，壓裂液領(lǐng)域的重要專(zhuān)利（152件）的持有者中，前三位是均被國(guó)際油服公司占據(jù)，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(chǎn)措施技術(shù)，開(kāi)發(fā)了非常規(guī)儲(chǔ)層改造技術(shù)、多級(jí)壓裂服務(wù)、海水基壓裂液等產(chǎn)品和技術(shù)，并在壓裂液領(lǐng)域申請(qǐng)了大量專(zhuān)利。

貝克休斯水力壓裂服務(wù)主要是應(yīng)用有效的、定制的增產(chǎn)措施技術(shù)實(shí)現(xiàn)最大化井的導(dǎo)流能力。貝克休斯有幾十年的壓裂作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)巖石結(jié)構(gòu)和壓裂液體系基本原理的認(rèn)識(shí)，應(yīng)用最適合的方法提高油氣產(chǎn)量。貝克休斯有多種壓裂液產(chǎn)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(fù)破膠劑等，這些都能滿(mǎn)足不同地層的需求，同時(shí)將對(duì)環(huán)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(chǔ)層性能，提高采收率，降低地層傷害，同時(shí)具有容易清除、提高導(dǎo)流能力的特點(diǎn)。HydroCare滑溜水壓裂體系具有較高的環(huán)境友好性，在降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)提高油氣產(chǎn)量，能夠減小水馬力、保護(hù)油井和相關(guān)資產(chǎn)不受微生物侵害、提高壓裂液回收率，并穩(wěn)定暴露在壓裂液中的地層。

哈里伯頓很重視油氣田增產(chǎn)措施技術(shù)，相關(guān)業(yè)務(wù)包括酸化、洗井、導(dǎo)流能力持久性等。自從1949年完成第一口商業(yè)化壓裂施工，哈里伯頓在美國(guó)又完成了超過(guò)1×106口井的成功壓裂施工。哈里伯頓壓裂液相關(guān)專(zhuān)利比較注重造縫、延長(zhǎng)縫、增加縫網(wǎng)復(fù)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(wú)支撐劑壓裂等。延遲破膠是一個(gè)發(fā)展方向，哈里伯頓嘗試將破膠劑放入多孔性小球中，以實(shí)現(xiàn)延遲破膠。

5 ?結(jié) 論

（1）從專(zhuān)利發(fā)展趨勢(shì)看，目前壓裂液技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅速，已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)發(fā)展的成長(zhǎng)期，并開(kāi)始由成長(zhǎng)期向成熟期過(guò)渡。

（2）從國(guó)家地區(qū)層面看，壓裂液專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在美國(guó)和歐洲，其中美國(guó)以占專(zhuān)利申請(qǐng)全球總量的77%，占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。

（3）從機(jī)構(gòu)層面看，哈里伯頓、斯倫貝謝的專(zhuān)利申請(qǐng)量占據(jù)了行業(yè)內(nèi)的龍頭地位，兩者合起來(lái)基本上達(dá)到了總量的四分之一。

（4）從技術(shù)角度看，壓裂液技術(shù)專(zhuān)利主要主要涉及化學(xué)及合成類(lèi)專(zhuān)利，但同時(shí)也涉及工藝、流程類(lèi)專(zhuān)利。

（5）國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)學(xué)習(xí)國(guó)際主要油服公司的作法，以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)不同區(qū)域的儲(chǔ)層特點(diǎn)為導(dǎo)向，不斷改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品/體系，形成為適合不同區(qū)域特點(diǎn)的系列壓裂液技術(shù)。同時(shí)，應(yīng)加大專(zhuān)利申請(qǐng)量，快速形成相應(yīng)的專(zhuān)利保護(hù)網(wǎng)。

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