页岩气开发专利分析

李波

摘 要：文章从专利分析的角度对国内外页岩气开发专利进行统计分析，通过对专利申请的技术领域、技术演进以及重要申请人等信息的分析，归纳出国内企业在页岩气开发领域的技术地位以及研究发展方向等结论，对国内企业进行页岩气的专利技术开发、布局的实践起到重要引导作用。

关键词：页岩气；技术领域；技术演进；重要申请人

中图分类号：TE37 文献标志码：A 文章编号：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

页岩气是主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，表现为游离状态或吸附状态的天然气聚集物，属于天然气生成之后在碳源岩层内就近聚集的结果，化学成分以甲烷为主的干气[1]。

页岩气开发主要包括地震勘探、钻井、测井、页岩气含量录井和现场测试、固井技术、完井技术、储层改造以及监测监控。页岩气的地震勘探包括三维地震技术和井中地震技术，而钻井主要是垂直钻井和水平钻井，随着2002年Devon能源公司7口Barnet页岩气实验水平井取得突破，水平井已经成为页岩气开发的主要钻井方式，钻井技术包括旋转导向技术、随钻测井技术、控压货欠平衡钻井技术、泡沫固井技术。固井技术主要是泡沫水泥、酸溶性水泥等技术。储层改造技术主要包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷水和重复压裂等技术，其中，水平井钻井技术和水裂压裂技术是页岩气开发的关键核心技术，同时也是美国页岩气开发成功的重要促成因素[2]。

2 分析方法

检索过程中，限定截止日期为公开日或公告日在2015年12月31日之前的发明或实用新型专利，检索在CNABS数据库、CNTXT数据库以及DWPI数据库中进行，检索模式为分类号加关键词。将检索获得的专利数据进行除重、数据加工、筛选整理后建立专利样本数据库，进行分析研究，最后确定6442篇有效的相关专利文献。

3 分析结果

3.1 页岩气开发重点专利技术领域

为了展现页岩气开发领域整体专利技术的分布情况，本文利用IPC分类标准对该领域各个申请人技术研发重点和热点进行分析。对于检索到的文献按照IPC大组出现的频次提取前10个主要的技术领域进行分析，得到图1的数据，从图1中可以看出，本領域主要的专利都分布在E21B43、E21B47、E21B21，即页岩气的钻井、压裂技术方面。其次就是E21B49、E21B33，即页岩气的测井、井封隔。E21B44、E21B7分别对应钻井自动控制、钻井特殊设备。G01V3、G01V1、G06F19分别对应页岩气的地震勘探、勘探数据处理。

从图1中可以看到，前10个IPC大组涉及的技术内容基本上涵盖了页岩气开发的主要技术分支，可见页岩气开发关键技术是勘探、钻井、压裂以及压裂监测，说明这些技术属于应用较为成熟的技术。而上述技术中，关于地震勘探以及勘探数据处理方面所涉及的分类号所占比重最低，仅为9%，这也说明了在页岩气开发领域，勘探技术方面技术发展缓慢，并未出现大量专利申请。

3.2 专利技术发展演进

通过对页岩气开发的各个时期的专利文献进行整理和分析，可以得到该领域的专利技术演进路线，如图2所示。

图2显示了，页岩气早期涉及的技术手段主要是地震勘探，地面监测裂缝。对于地震勘探，具有代表性的是1995年由迈克尔·巴哈瑞奇等人申请的WO1996018915A1，内容涉及一种碳氢化合物勘探的三维地震方法，此后对于页岩气地层三维地震勘探的研究一直是这个领域的热点，始终受到企业的关注。而对于地面监测裂缝，典型申请是SEN-N科学公司于1971年申请的US3739871A，涉及水力压裂地图方法，具体技术手段为利用地面检波器（裂缝产生的微震波）阵列对压裂裂缝进行监测。此后，在压裂监测方面，一直延续着通过监测微震情况以实现对压裂施工中裂缝扩展的监测。

随着水平井钻井和压裂增产技术取得突破，页岩气开发正式进入商业开采阶段。其中典型的代表专利是哈里伯顿公司于1992年申请的US5249628A，该专利涉及一种水力喷射开口的扇形压裂方法；斯伦贝谢公司于1999年申请的EP1008717 A1，该专利涉及一种滑套旋转导向钻井系统。以这些专利技术为代表的水平井钻井和压裂技术的取得突破，使得哈利伯顿、斯伦贝谢这样的大型综合性油田服务公司之外在页岩气开发技术服务方面处于领头羊位置。endprint

3.3 重要申请人统计分析

根据申请量分析，并结合前期的统计结果将页岩气开发领域较为重要的申请人总结如图3。

参见图3，可见美国在页岩气开发技术领域的专利共有551件，专利技术主要分布在哈里伯顿（HALLI

BURTON）斯伦贝谢（SCHLUMBERG

ER）、贝克休斯（BAKER HUGHES）、BJ服务（BJ SERVICES）。由此可见，仅排名前三位的这三家美国大型综合性油田服务公司的专利申请量就占前十位总和的60%以上，并一直保持较稳定的增长态势，这表明美国经过近20年的研发和实践，在页岩气开采领域形成了相对完整的技术体系，无论从专利数量还是影响力上看，美国都在国际竞争中占据绝对的优势地位。

中国在页岩气开发技术领域的专利共有183件，以中国石油天然气集团为代表的国内竞争者自2005年才开始关注页岩气资源，但在该领域表现较为活跃，多家国内企业或机构的专利数量已跻身前10位。其中，中国石油天然气集团、中国石油大学、中国石油化工三家企业的专利申请量（165件）与排名第一的哈里伯顿（228件）差距较大，表明国内企业在该领域的国际技术竞争力较弱。此外，除了申请专利数量与国外企业差距较大外，国内企业或机构还存在专利申请多数属于国内申请，国际化程度不高、缺乏核心技术专利的特点。

4 结束语

通过重点分析本领域重要技术领域、技术演进以及重要申请人，本文分析、整理了页岩气专利技术。中国从2005年开始关注页岩气资源，国内企业在该领域的国际技术竞争力较弱。因此，在关键核心技术领域，国内相关企业应当集中研发力量进行攻关，争取掌握具有自主知识產权并形成中国的特色的核心专利族群，依据现有的专利资源制定合理的专利战略，着眼未来，布局专利申请，提高企业核心竞争力和资源开发效率。

参考文献：

[1]魏保志.热点技术专利预警分析 作物分子辅助育种、储氢材料、体腔内微型机器人、页岩气分册[M].北京：知识产权出版社，

2014，04.

[2]曾凡辉，郭建春，等.北美页岩气高校压裂经验及对中国的启示[J].西南石油大学学报（自然科学版），2013，3（20）.

[3]张英俊，吴捷，孙文慧.页岩气技术开发现状综述[J].科技创新与应用，2013（09）：84.

[4]李建芳，刘云文.页岩气勘探开发技术研究[J].科技创新与应用，2014（31）：68-70.

[5]张英俊，孙文慧，吴捷.页岩气勘探开发进展状况调查及前景分析[J].科技创新与应用，2013（10）：88.endprint