趙汩凡 邸偉娜 李婧

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

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

中圖分類號：TE357.1+2 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 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，同時也是油氣井的重要增產(chǎn)增注的工藝措施。在壓裂過程中，注入液體在油氣層能夠形成具有很高的滲流能力的裂縫，改善儲層油氣向井筒內(nèi)流動的能力，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、低傷害和適合儲層特性的優(yōu)質(zhì)壓裂液體系，滿足壓裂施工工藝要求[5-9]。近年來，隨著非常規(guī)油氣的勘探開發(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。針對這種情況，國內(nèi)外的公司和施工方開展了廣泛的壓裂液技術(shù)的研究，陸續(xù)開發(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，解決了油氣田開發(fā)采收率低的問題[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、無聚合物壓裂液體系、無固相壓裂液等[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，壓裂液的分類和命名目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。按照稠化劑類型進(jìn)行命名，可分為植物膠類壓裂液、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，儲層改造領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量大幅度增長，截止到2017年底，已有全球壓裂相關(guān)技術(shù)專利32 851件。國內(nèi)外各大油公司、技術(shù)服務(wù)公司申請了很多壓裂液相關(guān)技術(shù)專利，形成了各自的核心技術(shù)及其相應(yīng)的專利策略。通過專利分析，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 ?壓裂液專利檢索

2.1 ?檢索數(shù)據(jù)庫

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

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，每個體系中又可繼續(xù)向下細(xì)分。通過對技術(shù)領(lǐng)域的調(diào)研分析，并參考大量專業(yè)參考文獻(xiàn)以及技術(shù)手冊，確定了主要檢索范圍，見表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)專利，具體運(yùn)用德溫特專利數(shù)據(jù)庫，全面檢索了截止到2017年12月31日以前的德溫特專利數(shù)據(jù)庫內(nèi)收錄的所有相關(guān)國內(nèi)外專利。

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)國內(nèi)外專利，共檢索到專利家族

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

3 ?壓裂液專利申請趨勢

3.1 ?專利年度走勢分析

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)專利數(shù)量走勢可大致分為兩個階段。壓裂液技術(shù)專利申請起步較早，2000年以前專利技術(shù)數(shù)量較少，發(fā)展平緩，但進(jìn)入2000年以后，技術(shù)開始迅速發(fā)展，專利數(shù)量急劇增多，在2013年申請數(shù)量達(dá)到峰值。

3.2 ?申請人年度走勢

壓裂液技術(shù)領(lǐng)域申請人數(shù)量的變化趨勢與專利申請數(shù)量走勢情況大致相同，見圖2。特別在2000年以前，基本保持了高度一致的增長趨勢，在2001年以后，專利權(quán)人開始超越申請量，保持快速增長，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，使得共同申請或?qū)＠麢?quán)授予的情況增加;另一方面可能在于專利申請策略以及專利文獻(xiàn)撰寫方法的改變。

3.3 ?壓裂液技術(shù)領(lǐng)域同族總量變化趨勢

通過分析壓裂液技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩颗c專利同族總量歷年變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)（如圖3所示），壓裂液專利同族數(shù)量變化趨勢基本與專利申請量的走勢相符合，隨著時間呈現(xiàn)出相同的起伏。這一現(xiàn)象說明了，近十幾年來壓裂液全球?qū)＠暾埩康脑黾优c專利同族數(shù)量的增加有著密切關(guān)系。

4 ?壓裂液專利技術(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)過多年的發(fā)展，已經(jīng)基本形成完整的專利布局（如圖4所示）。技術(shù)主要涉及壓裂過程的工具、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)廢料處理等專利申請也逐漸增多。

4.2 ?專利權(quán)人分析

針對壓裂液技術(shù)領(lǐng)域中擁有最多申請專利的專利權(quán)人的分析結(jié)果如表2所示。從專利權(quán)人分析可以看出，哈里伯頓、斯倫貝謝的專利申請量占據(jù)了行業(yè)內(nèi)的龍頭地位，兩者合起來基本上達(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)，專利申請量最多。

4.3 ?IPC分類分析

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

4.4 ?主要競爭者

通過分析主要專利權(quán)人的專利發(fā)現(xiàn)，壓裂液領(lǐng)域的重要專利（152件）的持有者中，前三位是均被國際油服公司占據(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)，開發(fā)了非常規(guī)儲層改造技術(shù)、多級壓裂服務(wù)、海水基壓裂液等產(chǎn)品和技術(shù)，并在壓裂液領(lǐng)域申請了大量專利。

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)，通過巖石結(jié)構(gòu)和壓裂液體系基本原理的認(rèn)識，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，這些都能滿足不同地層的需求，同時將對環(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，能夠改善儲層性能，提高采收率，降低地層傷害，同時具有容易清除、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)險的同時提高油氣產(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，哈里伯頓在美國又完成了超過1×106口井的成功壓裂施工。哈里伯頓壓裂液相關(guān)專利比較注重造縫、延長縫、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、無支撐劑壓裂等。延遲破膠是一個發(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）從專利發(fā)展趨勢看，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)展的成長期，并開始由成長期向成熟期過渡。

（2）從國家地區(qū)層面看，壓裂液專利申請主要集中在美國和歐洲，其中美國以占專利申請全球總量的77%，占據(jù)優(yōu)勢地位。

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

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

（5）國內(nèi)企業(yè)應(yīng)學(xué)習(xí)國際主要油服公司的作法，以滿足國內(nèi)不同區(qū)域的儲層特點(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，應(yīng)加大專利申請量，快速形成相應(yīng)的專利保護(hù)網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張菅. 壓裂液重復(fù)利用技術(shù)研究[D].西安石油大學(xué)，2012.

[2]萬豪杰. 低聚合物壓裂液的研制與應(yīng)用[D].長江大學(xué)，2012.

[3]肖丹鳳. 低損害新型多側(cè)基植物膠壓裂液開發(fā)及應(yīng)用[D].東北石油大學(xué)，2010.

[4]鄭克祥，王玉斌，怡寶安.壓裂液現(xiàn)場實(shí)施的質(zhì)量控制[J].新疆石油科技，2007（02）：23-24+74.

[5]董志剛. 水平井段內(nèi)多縫分段壓裂技術(shù)研究[D].西南石油大學(xué)，2016.

[6]姜瑞忠，蔣廷學(xué)，汪永利. 水力壓裂技術(shù)的近期發(fā)展及展望[J]. 石油鉆采工藝，2004（04）：52-57+84.

[7]王嘉欣，唐善法.清潔壓裂液的研究現(xiàn)狀與展望[J].當(dāng)代化工，2018，47（02）：334-337.

[8]曾東初，陳超峰，毛新軍，袁峰，李雪彬.低滲儲層改造低傷害壓裂液體系研究[J].當(dāng)代化工，2017，46（09）：1841-1844.

[9]肖杰，馬超，張鑫.一種新型的清潔抗高溫聚合物壓裂液研究[J].當(dāng)代化工，2016，45（12）：2775-2778.

[10]程興生，盧擁軍，管保山，王麗偉，翟文，明華.中石油壓裂液技術(shù)現(xiàn)狀與未來發(fā)展[J].石油鉆采工藝，2014，36（01）：1-5.

[11]嚴(yán)志虎，戴彩麗，趙明偉，馮海順，高波，李明. 清潔壓裂液的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 油田化學(xué)，2015（01）：141-145+150.

[12]王永輝，盧擁軍，李永平，王欣，鄢雪梅，張智勇. 非常規(guī)儲層壓裂改造技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用[J]. 石油學(xué)報，2012（S1）：149-158.

[13]唐穎，唐玄，王廣源，張琴. 頁巖氣開發(fā)水力壓裂技術(shù)綜述[J]. 地質(zhì)通報，2011（Z1）：393-399.

[14]康毅力，羅平亞. 中國致密砂巖氣藏勘探開發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J]. 石油勘探與開發(fā)，2007（02）：239-245.

[15]陳金蘭，張穎，余維初.微生物采油技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].廣州化工，2018，46（04）：19-21.

[16]何婷婷. 壓裂返排液重復(fù)再利用技術(shù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[D].西安石油大學(xué)，2016.

[17]黃朝陽，陳國標(biāo)，張艷玲，張巨平，邱昌強(qiáng).壓裂基液配制及再生工藝系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報， 2008， 10 （04）： 21-24.

[18]陳馥，李欽.壓裂液傷害性研究[J].天然氣工業(yè)，2006（01）：109-111+168.

[19]熊湘華. 低壓低滲透油氣田的低傷害壓裂液研究[D].西南石油學(xué)院，2003.

[20]趙汩凡，李婧，邸偉娜，王敏生.專利參考價值評價體系及其在石油工程領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].石油科技論壇，2015，34（02）：28-33.