郭世月 劉春艷 李靜雯 劉文士 胡金燕

（1.中國石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，四川 成都 610041；2.西南石油大學化學化工學院，四川 成都 610500）

0 引言

在國內(nèi)外環(huán)保法規(guī)愈加嚴格的今天，降低和減少鉆井巖屑等固體廢物排放量的技術(shù)受到油氣業(yè)界的重視。鉆井巖屑是石油烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、泥沙、無機絮體、有機絮體以及水和其他有機物、無機物牢固黏結(jié)在一起的固體廢物，天然氣鉆井過程中必然產(chǎn)生大量巖屑等固體廢物，據(jù)統(tǒng)計，常規(guī)天然氣開發(fā)單井產(chǎn)生水基鉆屑800～1 000 m3，頁巖氣開發(fā)另產(chǎn)生油基鉆屑200～300 m3，若將其直接排放會對環(huán)境造成很大威脅。分析研究天然氣鉆井巖屑處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、動向和趨勢，對于制定和布局技術(shù)研發(fā)和攻關(guān)方向、占領(lǐng)技術(shù)高地有著重要的意義和價值。其中，專利包含了全球90%以上的技術(shù)情報信息［1］，通過專利的統(tǒng)計學分析來研判技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和方向是十分重要的手段之一。通過對全球天然氣鉆井巖屑處理專利數(shù)據(jù)進行定量統(tǒng)計，挖掘該技術(shù)發(fā)展趨勢、國家競爭態(tài)勢、專利權(quán)人格局、專利技術(shù)布局和熱點研發(fā)技術(shù)等，可以為我國的天然氣鉆井巖屑處理技術(shù)專利布局提供參考。

1 鉆井巖屑處理技術(shù)專利數(shù)據(jù)收集

當前國內(nèi)外頁巖氣鉆井巖屑處理技術(shù)主要包括巖屑回注技術(shù)、干化技術(shù)、固化技術(shù)、生物處理技術(shù)、物化分離技術(shù)、焚燒技術(shù)、高溫裂解技術(shù)、資源化利用技術(shù)等［2-7］。根據(jù)這些相關(guān)技術(shù)，對專利數(shù)據(jù)進行檢索并收集整理作為專利技術(shù)分析的基礎(chǔ)。①經(jīng)過文獻調(diào)研和專家咨詢，對“天然氣鉆井巖屑處理技術(shù)”進行多級別的主題分解。根據(jù)主題分解情況分析出中英文檢索關(guān)鍵詞，如表1 所示。②根據(jù)關(guān)鍵詞編制檢索式，在incoPat 專利數(shù)據(jù)庫中實施檢索。根據(jù)檢索結(jié)果呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)噪音情況，不斷調(diào)整檢索式。得到中文檢索策略，如表2所示，其中#7是將#1～#6的檢索式通過布爾邏輯運算組合得到的最終檢索式。③按照同樣的檢索策略進行英文檢索。將中英文結(jié)果合并，共得到鉆井巖屑處理技術(shù)4 886件全球?qū)＠灿? 700個專利家族。經(jīng)過人工判讀去除噪音后，共得到1 556件鉆井巖屑處理技術(shù)相關(guān)專利家族（以相同優(yōu)先權(quán)專利進行合并）。最后檢索時間為2018年6月8日。

表1 鉆井巖屑處理技術(shù)中英文關(guān)鍵詞統(tǒng)計表

表2 鉆井巖屑處理技術(shù)中文檢索策略表

2 鉆井巖屑處理技術(shù)專利分析

2.1 專利申請總體趨勢分析

通過對每年專利申請量的分析可以清晰地展現(xiàn)出天然氣鉆井巖屑處理技術(shù)的整體發(fā)展脈絡(luò)。對檢索出的全球1 556件專利按年度進行專利數(shù)量分布統(tǒng)計，圖1為全球和中國鉆井巖屑處理專利年度申請量對比趨勢圖。因?qū)＠麛?shù)據(jù)從申請日到公布日之間有18 個月的滯后期，故2017 年及以后的數(shù)據(jù)僅供參考，不代表此階段發(fā)展趨勢。

圖1 全球和中國鉆井巖屑處理專利年度申請量對比趨勢圖

該領(lǐng)域第一項專利技術(shù)產(chǎn)生于1932 年，是BPM公司申報的一件英國專利。英國是工業(yè)革命的發(fā)源地，也是專利制度最初制定的國家，鉆井巖屑處理技術(shù)早在87 年前，就在英國得到了保護。而中國在該領(lǐng)域申請的第一件專利是1987 年的“全焊不銹鋼絲泥漿篩網(wǎng)”（專利號：CN87203255.8），該實用新型專利由遼河石油勘探局機修總廠申請?？梢?，中國專利制度剛實行不久，中國石油企業(yè)便有了技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)保護的意識。之后該領(lǐng)域的發(fā)展非常緩慢，到1976 年之前每年都只有個位數(shù)的申請量，直到2000年年申請數(shù)量才突破20件。隨著美國和加拿大的天然氣商業(yè)化生產(chǎn)逐漸成熟，產(chǎn)量不斷攀升，鉆井巖屑處理技術(shù)也隨之呈現(xiàn)上升趨勢。近年來，中國成為天然氣開采活躍的國家，開采過程中鉆井廢棄物的處理成為亟待解決的問題。2015 年，中國新《環(huán)保法》施行，對環(huán)境監(jiān)管力度進一步加強，鉆井巖屑處理技術(shù)的專利申報呈爆發(fā)式增長。由圖1可看出，受中國申請量增長的影響，全球?qū)＠暾埩恳渤尸F(xiàn)增長走勢。按照目前趨勢，隨著全球天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和各國政府對環(huán)境保護的嚴格管控，未來一段時間內(nèi)國際上依然會關(guān)注鉆井巖屑處理技術(shù)的研發(fā)，后續(xù)將呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的態(tài)勢。

2.2 國家競爭態(tài)勢分析

2.2.1 技術(shù)來源國

專利技術(shù)來源國統(tǒng)計反映各個國家在這一技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)實力。對檢索出來的1 556件鉆井巖屑處理專利的申請人國別進行統(tǒng)計，排名前10 位的國家如圖2所示。中國是目前鉆井巖屑處理技術(shù)專利產(chǎn)出最多的國家，美國緊跟于后，加拿大、俄羅斯和英國的申請量都在100件左右，屬于“第二梯隊”國家。

2.2.2 技術(shù)布局區(qū)域

圖2 鉆井巖屑處理技術(shù)專利來源前10位的國家排名圖

圖3 鉆井巖屑處理專利技術(shù)受理前10位國家排名圖

對專利申請地（專利受理局所在國）的專利申請量進行統(tǒng)計可體現(xiàn)技術(shù)輸出情況，呈現(xiàn)出市場的搶占和專利布局態(tài)勢。不同國別的同族專利可較好反映出專利布局情況。對檢索到的1 556件專利進行同族擴展得到3 230件申請專利，再對其進行申請地統(tǒng)計。圖3 為天然氣鉆井巖屑處理專利技術(shù)受理前10位國家。從全球?qū)＠季謥砜?，中國是最熱門市場，其次是美國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、加拿大和英國等國家。中國天然氣開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展以及天然氣開發(fā)政策及環(huán)保政策的指引和導向使得鉆井巖屑處理技術(shù)在中國大量布局。世界知識產(chǎn)權(quán)組織是全球性的技術(shù)產(chǎn)權(quán)保護組織，在其申請專利可擴大專利影響和效益，因此有大量申請人選擇向世界知識產(chǎn)權(quán)組織遞交專利申請。

2.3 研發(fā)機構(gòu)態(tài)勢分析

研發(fā)機構(gòu)擁有的專利數(shù)量間接反映該機構(gòu)在技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力、科研成果和市場競爭力。通過對申請人的專利申請數(shù)量進行統(tǒng)計分析深入了解高產(chǎn)研發(fā)機構(gòu)的技術(shù)特長，可以發(fā)現(xiàn)市場競爭對手，也可以挖掘出潛在的合作伙伴。對全球?qū)＠暾埲说膶＠暾垟?shù)量進行統(tǒng)計排序。圖4顯示的是鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域全球排名前10 位的申請人。中國機構(gòu)占據(jù)6席，其中包括中國石油、中國石化、中國海油三大央企，兩大石油類高校以及一家民營企業(yè)。

圖4 鉆井巖屑處理技術(shù)全球前10位的申請人排名圖

1）近年來，中國石油不斷突破鉆井廢棄物處理技術(shù)，加強危險廢棄物管理，在變廢為寶的同時提升生態(tài)環(huán)境治理能力。圍繞水基和油基鉆井液廢棄物處理技術(shù)，先后系統(tǒng)開發(fā)了鉆井廢棄物綜合利用處理技術(shù)、鉆井液廢棄物處理回用與資源化技術(shù)、鉆井固控環(huán)保一體化技術(shù)、油基鉆井液LRET回用處理技術(shù)、含油鉆屑電磁加熱脫附處理技術(shù)等主體技術(shù)。中國石油的水基鉆井液廢棄物不落地隨鉆處理技術(shù)已在多個油田累計應(yīng)用6 150口井，減排鉆井廢棄物約615×104m3。油基鉆井液廢棄物處理技術(shù)采用LRET和熱脫附處理技術(shù)，已累計處理油基鉆屑約17.5×104t，占油基鉆屑總量的85%［8］。中國石油的一系列創(chuàng)新技術(shù)拉動了全球鉆井巖屑處理技術(shù)的發(fā)展，其專利數(shù)量位居第一并逐步形成一套鉆井清潔生產(chǎn)新模式。

2）2013 年中國石化提出“碧水藍天”環(huán)保計劃，這是中國石化發(fā)展史上規(guī)模最大的環(huán)保治理行動，也是迄今為止中國企業(yè)一次性投入最密集、涉及范圍最大的環(huán)保專項治理行動。3年內(nèi)中國石化共實施環(huán)保治理項目870 個，累計投入資金209.2 億元，重點圍繞廢氣、廢水、固廢、風險應(yīng)急等方面開展治理工作［9］。2018 年年初，中國石化牽手國內(nèi)外一流伙伴，簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，布局固廢處置、土壤修復等新興產(chǎn)業(yè)。預計“十三五”期間僅中國石化內(nèi)部固廢資源化處置及土壤修復方面的投入就將達300 億元左右［10］。中國石化大量資金的投入到環(huán)保技術(shù)研發(fā)使其鉆井巖屑處理技術(shù)得到快速發(fā)展，專利數(shù)量位居世界第二。

3）M-I 有限公司（M-I LLC）是一家美國公司，其主營業(yè)務(wù)是為油氣田開采的鉆井巖屑處理提供系統(tǒng)和設(shè)備［11］。這家公司非常重視知識產(chǎn)權(quán)的保護，在鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域申請專利76件，排名第三。

4）FP 馬拉諾尼公司（FP Marangoni）是加拿大的一家致力于鉆井液回收的高新技術(shù)企業(yè)，該公司專長于研發(fā)新型鉆井液回收系統(tǒng)和固控設(shè)備產(chǎn)品［12］。雙頻振動篩（Dual-ScreenTM）是該公司的主打?qū)＠a(chǎn)品，它可以解決傳統(tǒng)振動篩使用壽命短、更換成本高、表面積小等問題［13］。FP馬拉諾尼公司申報的33件專利均與振動篩和固液分離系統(tǒng)有關(guān)。

2.4 機構(gòu)專利布局分析

2.4.1 國外機構(gòu)在中國的專利布局

對中國專利的國外申請人進行分析有利于掌握各國企業(yè)或個人在中國的專利布局，發(fā)現(xiàn)專利屏障，挖掘國外競爭對手，并能提出專利預警，在生產(chǎn)經(jīng)營過程中注意避開這些專利實施，避免產(chǎn)生侵權(quán)糾紛。

收集的1556 條專利數(shù)據(jù)的擴展同族專利中在中國布局的專利共有771項（含中國本土專利），統(tǒng)計分析觀察外國企業(yè)和個人申請中國專利的情況（圖5），在鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域已有33 個國外的企業(yè)或個人在中國申請專利，申請數(shù)量71件，占9.2%。

圖5 在中國布局專利的主要外國機構(gòu)分布圖

鉆井巖屑處理技術(shù)在中國仍以自主知識產(chǎn)權(quán)為主，但已有不少的國外企業(yè)盯住了中國市場，已經(jīng)對該領(lǐng)域的某些分支技術(shù)制造了專利壁壘。比如，加拿大的FP馬拉諾尼公司在中國布局的23件專利均與振動篩和固控系統(tǒng)有關(guān)，中國企業(yè)在實施這方面技術(shù)時要注意繞開專利屏障，避免專利侵權(quán)。同時中國企業(yè)應(yīng)加強原始創(chuàng)新能力并及時開展全方位技術(shù)布局，阻止他國技術(shù)對市場的入侵。

2.4.2 中國申請人向國外專利布局

提取707 件來自中國申請人的專利，觀察其同族專利受理國，發(fā)現(xiàn)僅有6 件專利有國際同族，如表3所示。雖然鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域的中國申請量在全球排名第一，但這些專利及其家族專利大多數(shù)為國內(nèi)專利，不到1%的專利向國際市場布局。雖然中國石油和中國石化兩大央企的專利申請量全球領(lǐng)先，但在國際市場上卻未見優(yōu)勢。從表3 可以看出，中國的私營企業(yè)更具市場拓展的活力?？傮w來說，鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域中，中國企業(yè)的國際布局觀念還有待增強，大型企業(yè)在把握國內(nèi)技術(shù)市場的同時可進一步拓展國際市場，盡快展開國際專利布局，搶占市場先機，擴大技術(shù)影響力。

表3 鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域含有國際同族的中國專利統(tǒng)計表

2.5 技術(shù)研究熱點分析

專利中某些技術(shù)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率可以從一定程度上反映該技術(shù)的熱門程度。Incopat 數(shù)據(jù)庫具有高頻詞聚類功能并形成3D專利沙盤圖。利用Incopat將收集到的1556 條數(shù)據(jù)進行聚類操作并對每一項類目的專利進行人工判讀，修正聚類關(guān)鍵詞，最終得到鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域的專利沙盤圖。如圖6 所示，圖中山峰位置的技術(shù)內(nèi)容為研究熱點。從鉆屑處理過程角度來看，固液分離設(shè)備、鉆屑清洗、固控系統(tǒng)、運輸裝置及容器是當前的研究熱點，其中振動篩、干燥設(shè)備方面產(chǎn)生較多專利。從鉆屑處理方法角度來看，出現(xiàn)較多的是熱解技術(shù)、隨鉆處理技術(shù)、資源化利用技術(shù)、無害化處理技術(shù)、生物處理技術(shù)等，其中，焚燒、泥漿不落地、固化劑、免燒磚、微生物培養(yǎng)等方面出現(xiàn)了較多專利。

圖6 鉆井廢棄物處理技術(shù)研究熱點圖

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1）從技術(shù)發(fā)展趨勢來看：鉆井巖屑處理技術(shù)在未來一段時間將持續(xù)呈現(xiàn)增長趨勢，該領(lǐng)域全球?qū)＠l(fā)展趨勢受中國申請趨勢顯著影響。

2）從研發(fā)機構(gòu)來看：中國的企業(yè)和高校表現(xiàn)出較強的研發(fā)活力，中國石油和中國石化在鉆井巖屑處理技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量領(lǐng)跑全球；美國的M-I 有限公司（M-I LLC）和加拿大的FP 馬拉諾尼公司（FP Marangoni）是兩家專門致力于鉆井廢棄物處理和回收的公司，專利技術(shù)方面有不錯的表現(xiàn)，且在中國布局了較多專利技術(shù)。

3）從專利布局來看：國內(nèi)企業(yè)以自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)和實施為主，但目前已逾9%的中國專利的申請人為外國企業(yè)或個人，中國市場正在逐步被國外企業(yè)擠占，而中國僅有不到1%的專利向他國布局，中國的私營企業(yè)較大型國企更具海外市場拓展活力。

4）從熱點技術(shù)研究來看：通過高頻詞聚類制作出鉆井巖屑處理技術(shù)的3D沙盤圖，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生專利較多的技術(shù)方向包括振動篩、干燥設(shè)備、焚燒、泥漿不落地、固化劑、免燒磚、微生物培養(yǎng)方面。

3.2 建議

1）在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟與清潔生產(chǎn)的環(huán)保政策引導下，建議國家和企業(yè)進一步增加環(huán)保技術(shù)研發(fā)的投入，保證大型國有企業(yè)和科研院所研發(fā)實力不下降的同時，快速發(fā)展中小型企業(yè)的技術(shù)水平，從而加快油氣田固體廢棄物處理技術(shù)的提升，提出鉆井巖屑處理更優(yōu)解決方案［14］。

2）根據(jù)研發(fā)機構(gòu)及其專利布局的發(fā)展態(tài)勢分析，建議中國企業(yè)在提高創(chuàng)新力和全方位技術(shù)布局的同時注意繞開國外企業(yè)在中國設(shè)立的專利屏障，避免產(chǎn)生侵權(quán)糾紛。同時大型企業(yè)在把握國內(nèi)技術(shù)市場的同時應(yīng)進一步拓展海外市場，盡快展開國際專利布局，搶占市場先機。

3）根據(jù)鉆井巖屑熱點研究技術(shù)的分析，在創(chuàng)建資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會的前提下，建議大力開展鉆井巖屑的資源化利用、無害化處理、生物處理等技術(shù)的攻關(guān)及應(yīng)用。