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油气井井下测量控制技术专利分析

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油气井井下测量控制技术专利分析冰 I王敏生李婧 I中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院 。. 摘要:油气井井下测量控制技术是井筒工程技术的核心技术,j其内容 括井丁 量 带j相关 譬论和5s"法、控制信 号采集与传输技术及井下控制系 ̄Z2.3v部分。目前国内外已形成了数量众多的ee#,J技术。采用国际专利分类法 通过德温 特国际专利数据库和中国知识产权网专利数据库进行检索分析,发现世界井下控制技术领域专利申请主要集中在16个技术 领域和美欧等国家和地区,2000年以后的专利数量占据了50%以上的比重。国内三大油公司在井下测量控制领域的专利数 量还较少。通过生长曲线分析认为,世界井下测量控制技术领域的专利数量虽然经过了长时期的高速增长,但仍处于上升 期。国内要加强主要竞争对手的研发动态和专利信息的监测利用,通过专利热点技术的研发,形成自主知识产权,强化存 在较大专利空白技术领域的针对性研发,逐步扩大技术领地,超前部署前瞻技术领域的研发,抢占技术制高点。 关键词:油气井井下测量控制 专利 DOI:10.3969/j.issn.1002-302x.2013.04.004 制理沦 _j挎制1释是研究运动系统的行为、受 1 国内外井下测量控制技术专利概况 1.1 总量分析 井下测量控制技术的核心内容包括井下测蕈控制 控后的运动状态及达到预期动、静态性能的一门综合 性 、 科,其研究内容涌盖基础理论、工程设计与实现 技术的多个 次,应用遍及丁业生产过程、航空航天 相关的理论和方法、控制信号采集与传输技术及井下 控制系统三大部分。采用国际专利分类法(IPC),通 过德温特(Derwent)国际专利数据库汇总检索得到符 系统及社会经济系统等极其广泛的领域。在油气勘探 和 采过 中,很多1 实践,如勘探、钻井、完井、 测仆、采油、修井等井F生产与作业过程都普遍存在 洲 控钏 题。 合条件的同族专利申请共6443件,在中国知识产权网 专利数据库中检索得到符合条件的中国发明专利申请 共1434件(截至2012年6月底) 1.1.1 年度走势 州1 I 蚪下测量控制技术是井筒工程技术,尤其 足钻 宄井领域的核心技术;研究和掌握井下测量控 制技术埘于提升钻井技术和装备水平具有重要的现实 意义 【lf]于围外油田服务公司十分重视知识产权保 护,住井下测撼控制技术领域申请了大量专利,加大 十H父々利信息的研究利用力度,对促进我们的技术研 发、提丌技术起点有很人帮助。同时,我国在油气井 1995年至今,井下测量控制专利数量柱状图如图 1所示。观察专利数量的年度变化发现,总体呈现出 持续上升的趋势。在检索得到的6443个相关专利中, 仪2000—2012年的12年间,专利数量就达到3736个, 超过总数的一半,说明2000年后,该领域的技术发展 ”卜测量柠制技术领域,目前尚处在关键技术突破和 较为迅速。 1.1.2生长曲线 初步 成J、 用阶段,在研究攻关和进行技术升级改造 }jlf,也需要对竞争对手在该领域的知识产权状况有充 分的r解, 已知彼,百战不殆。 生长曲线,又名S形曲线,呵反映经济、技术发 展,人口增长变化的一般特征。因为很多技术、经济、 基金项目:中国石油化工股份有限公司科技项目“井下智能控制技术专利战略研究”(编号:yk512017)部分研究成果 第一作者简介:王敏生,1973年生,1995年毕业于江汉石油学院钻井A2.程专业,2009年获中国石油大学(华东)油气井工程 博士学位,教授级高工,现任中国石化石油工程技术研究院战略规划研究所副所长,主要从事复杂结构井及石油工程战略规划研究 工作E-mail:wangms.sripe(WAnopec.COl11 、4石海科摄论坛・201 3年镰4觏 一 。 -.|。 。一 王敏生等:油气井井下测量控制技术专利分析 ∞∞如∞如∞∞∞如0 4 4 3 3 2 2 1 1 60oO 4o0O l995 1997 l999 200l 2003 2【JU5 2LMJ7 2009 ZUl1 年份 0 图1 1 995年至今井下测量控制技术专利 数量变化趋势图 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 20l0 年份 社会现象的发生、发展和成熟(稳定)的全过程,其 时间序列数据的趋势线大致都呈S形,所以称S形曲 图2 并下测量控制技术专利生长曲线拟合图 为唯一进入到前10的发展中国家,但是专利数量与美 国相比仍有非常大的差距。 1.2.2 主要专利申请国和地区年度统计 线。专利作为技术的载体,其数量随时问的变化也遵 循技术发展的这一基本规律。在研究中采用生长曲线 法对专利数据进行时间序列分析,以获知技术目前所 处阶段和增长趋势。 选取专利申请量70件以上的国家和地区,统计其 历年来专利申请量,对其申请量的变化情况进行对比 分析(图3)。1963~2012年这段时间内,从总体上看, 除德国外,各国和地区的专利申请规模都有不同程度 的提升,特别是在1998年后,专利申请量显著提高,说 明各国对井下测量控制技术的重视程度正不断增强。 表1 在先专利申请国家或地区分布表 序号 1 2 3 将1970年至今历年的专利数据,应用生长曲线进 行拟合: Y=a/[1-be— 0】 式中 ——指代年份; y——自1970年到X年的专利总量; c——拐点年份,此时取值为2022.8。 拟合后的生长曲线表达式为: I1=19583.7/【l+e_D。 ∞(x-20 】 国家缩写 US SU GB 国家 美国 前苏联 英国 专利总量 6711 875 685 从拟合曲线(图2)可以看出,井下测量控制技 术领域的专利数量虽然经过了长时期的高速增长,但 仍处于成长期。根据曲线走势预测,未来l0年,井下 测量控制技术在总量上还将保持着快速增长的态势, 到2022年之后,增长速度可能会逐渐放慢,逐渐步入 成熟期,走势也会趋于平缓。 4 5 6 CA RU EP 加拿大 俄罗斯 欧盟 456 342 149 7 8 WO CN 世界知识产权组织 中国 123 120 1.2 国家或地区分析 1.2.1 在先专利申请国家和地区分布 9 10 AU N0 澳大利亚 挪威 101 89 注:①专利总数按申请件数统计,没有按专利族去查;② 由于语言、收录标准及收录时滞等问题,德温特数据库检索的 井下测量控制技术领域在先专利申请量最多的l0 个国家、国际组织和地区见表I。从表中可以看出,井 中国专利可能与中国专利局数据库检索的数量有较大区别。 下测量控制技术在地域上的分布非常不均衡,美国作 为专利申请量最大的国家,远远高于其他国家和地 1.3技术领域分析 根据IPC分类法,对6443个专利进行分类归纳。按 照专利数量的多少进行排序,提取出专利量最多的前 16个技术领域,并将这16个技术领域的专利总量和其 区。前苏联凭借着1992年以前的专利量稳居第二位, 从侧面说明其他国家和地区发展较为迟缓。在所有国 家和地区中,在中国申请专利的总量位于第8位,成 在2000年后的数量进行统计(表2)。从上面的统计分 女 ∞一《 热口自%铺强簿静 201 3年第4期・石油科技论坛15 从表2中提取出排名靠前的7个领域,分析其在 2000年后的年度数量变化趋势,基本呈震荡上涨的趋 皿斑】{ 势(图4)。 -一E21B-043 E2lB-047 +- E21B-034 -E2lB-033 ・ E21B-023 E21B-007 1963 196719711975 1979 19831987 l99119951999 200320072011 年份 +图3 专利申请量的国家和地区分布 m—E21B-O17 析可以看出,E21B一043、E21B一047是专利申请的核心 领域。16个技术领域中,2000年以后的专利数量都占 据_r 50%以上的比重,尤其以GOIV一003、E21B一029、 年份 图4 七大主要技术领域年度专利数量趋势图 2 国外主要油田服务公司专利布局 2.1 总量分析 针对德温特检索得到的6443条专利文献中的专利 权人字段的内容进行统计分析,得到世界范围内专利 总量最多的10个集团或公司(表3)。这10个公司无 一E21 B一041、E21B一019表现得最为明显,说明近12年来, 行业内埘这4个领域的关注程度有所增加。相反,2000 年以后的专利数量占总数的比重较低,说明该领域已 经较为成熟或者其创新的重要性正在逐渐降低,比较 典型的有E21B一049和G01V一001。 例外都是外国大油公司、油田服务公司及其合资公 表2 专利量居前1 6位的专利技术领域列表 序 l 2 3 类别 1<2lB-043 2lB-047 2lB一034 代表技术领域 从井中开采油、气、水等的方法或设备 并眼测量或测井 井眼或井的阀装置 数量 占比(%) 2000年后数量 占比(%: 1623 1455 lO04 25.19 22.58 15.58 1064 968 676 28.48 25.9l l8.O9 4 2 ll3—033 井眼或井的密封或封隔 在 眼或井中安放、锁定、替换、拆卸或取出工具、 843 13.08 537 1437 5 E2 ll{-023 770 l1.95 5l5 l3.78 封隔器或类似物的装旨 6 E2l B一007 钻井的特殊方法或没备 598 9-28 373 9.98 7 8 I 2lB-0I7 21 l ̄-049 钻杆、柔性钻杆柱、方钻杆、钻铤、套管 测试井壁的性质;地层测试;取心或井中 531 491 8.24 7.62 356 244 9.53 6.53 液体试样的 法或没备 9 l() 2 lI{一0()4 I 2 J B-021 井眼内用驱动装置 冲洗井眼的方法或设备 379 364 5.88 5.65 232 246 6.2l 6.58 I1 12 l3 14 G0lV—o03 60lV—oo1 1<2l B-044 F=2 Il3-029 电或磁的勘探或探测;地磁场特性的测量;如磁偏角或磁偏差 地震或声学的勘探或探测 专用于钻井作业的自动控制系统 眼或井中管杆、封隔器、堵塞物或钢丝绳的切割或处理 347 337 277 272 539 5-23 4I30 4-22 294 161 I83 212 7.87 4.31 4.9O 5.67 15 l6 E2lB-04I F2Il:t-0l9 E21B—l5/00至E2lB一40/00各组中所不包含的设备或零件 存井眼外,如在井架内搬运钻杆、套管、管或类似物; 270 254 4.19 3.94 2o0 196 5.35 5.25 用于给进钻杆或者钢丝绳的装置 16 石海科jf曼论 ・2013年亮4强 * 王敏生等:油气井井下测量控制技术专利分析 司。这一现象说明目前,市场还基本是由这些来自国 井,英特利服务公司主要是智能钻杆等。 外的国际公司所把持,他们在井下测量控制的技术发 展中起到了主导作用。 表3专利量前1 0位的公司 序号 公司或集团名称 l 2 3 4 5 6 7 3国内专利分析 3。1 现状 由于德温特专利数据库收录标准、语言及时滞等 所在国家 专利数量 占比(%: 法国 美国 美国 英国 瑞士 美国 荷兰 斯伦贝谢 贝克休斯 哈里伯顿 普拉德研究与开发 威德福 斯密斯国际 壳牌 787 636 576 242 159 96 83 12-21 9.87 8.97 3.76 2.47 1.49 1.29 原因,部分中国专利数据无法收录其中,为了更加全 面地了解国内井下测量控制技术领域专利现状,特从 中国知识产权网专利数据库中进行检索,为了保持可 比性,仅就发明专利申请进行分析,共得到1434个检 索结果(图5)。中国自1985年才开始出现井下测量控 制领域的专利,相较于国外晚了20余年。1985—2000 年这15年问,专利数量都维持在一个非常低的水平。 进入21世纪之后,国内的专利数量开始快速增长,仅 201 1年专利数量就达到了284件。 3oo 250 8 9 10 奥的斯工程 英特利服务 BJ服务 英国 美国 美国 63 48 43 0.98 O.75 0.67 2.2 专利布局 从专利的类别来看,世界范围内专利总量最多的 l0家公司,各自的重点领域大致相同,但在细分类别 上又有较大区别。总的来看,井眼测量、测井、可地 200 堑150 100 5O 0 1980 面控制井下工具、智能完井等是研究的热点。斯伦贝 谢公司的专利数量及侧重的技术领域详见表4。贝克 l985 1990 1995 200O 2005 2Ol5 年份 休斯公司专利申请重点主要是智能完井、井眼测量及 测井,普拉德研究与开发有限公司侧重于井眼测量、 图5 中国井下智能技术历年专利数量趋势图 将1 9 8 0年至今国内历年的专利数据应用生 长曲线法进行拟合,拟合后的公式为Y=3434230/ [1+e-o (x-2044.4’】,拐点年份为2044.4。表明国内井下测 测井、地层测试等,威德福国际公司侧重于井下工具, 史密斯国际侧重于定向钻井,壳牌公司侧重于智能完 表4 斯伦贝谢侧重的技术领域列表 序号 l 类别 E21 B一047/0H0 代表技术领域 数量 177 占比(%) 22.49 井眼测量或测井 2 E2lB-047/12 从井中到地面传输测量信号的装置,如随钻测井 15l l9.19 3 4 5 E21B—O23/c旧 E2 1 B-034/00 E21B-049/00 在井眼或井中替换、安放、锁定、拆卸或取出工具、封隔器或类似物的装置 井眼或井的阀装置 测试井壁的性质;地层测试;专用于地表钻进或钻井以便取得表土或井中液体 118 99 99 14.99 12.58 12.58 试样的方法或设备 6 E2lB-034/06 在井内的阀装置 76 9.66 7 8 9 10 E21B一043/oo E21B-04 ̄)/08 E21B一034/1O E21B—O41/0H0 从井中开采油、气、水、可溶解或可熔化物质或矿物泥浆的方法或设备 在钻孑L或井中取流体试样或测试液体 由井眼外提供的控制液操纵的阀装置 E21B一15/00至E21 B一40/00中所不包含的设备或零件 75 74 7l 67 9.53 9.40 9.02 8.5l 201 3年第4期・石油科技论坛17 量控制技术处于成长期,可能在2044年后,逐渐步人 成熟期,放缓增长速度。 4结论与建议 (1)井下测量控制技术是智能控制技术与油气井 井下特殊工况相结合的产物,其核心内容包括井下控 3.2 国内主要专利权人分析 国内,中国石油天然气集团公司(简称中国石 油)、中国石油化工集团公司(简称中国石化)和中国 海洋石油总公司(简称中国海油)三大国有企业基本 占据了中国市场,在国外也有较大的业务量。虽然经 济总量实力雄厚,但是仅从专利数量的角度出发,这 三大油公司的发明专利数量还较少,专利数量最多的 中国石油占比也不到在中国申请的所有发明专利数量 的10%。同时,各公司均有较大数量的实用新型专利。 这也在一定程度上反映出,相比公司,中国大型 石油公司在井下测量控制领域技术的总体发展上相对 落后,重视程度有待进一步提高,并需要提高发明专 制相关的理论和方法、控制信号采集与传输技术及井 下控制系统三大部分。目前国内外围绕井下测量控制 技术的三大领域都形成了数量众多的专利技术。加大 相关专利信息的监测利用力度,对促进技术研发、提 升技术起点和避免侵权有重要意义。 (2)专利统计分析发现,井下测量控制技术专利 申清主要集中在16个技术领域,2000年后增长迅速。 通过生长曲线分析,技术发展处于成长期,未来l0~ 20年仍将保持快速增长的态势。 (3)井下测量控制技术领域的专利申请量主要集 中在美欧等国家,专利总量最多的10家公司无一例外 都是美欧公司,他们在井下测量控制的技术发展中起 主导作用,但不同的公司专利拥有数量有较大差别、 方向有所侧重。国内三大油公司在井下测量控制领域 利的申请比例。三大石油公司专利数量统计详见表5。 就国内三大公司的专利数量比较,中国石油高于 中国海油和中国石化。值得注意的是,最近几年来,中 国石油和中国海油在该领域的专利数量大规模增加, 从原来的不到10件上升到近30件专利。三大石油公 司历年专利数量走势见图6。同时,从专利类别来看, 主要集中在井眼测量、测井及定向钻井等方面。 表5我国三大石油公司专利数量统计表 _字号 公司 发明专利数量 占比(%) 实用新型专利数量 的专利数量还较少,重视程度有待进一步提高。 (4)国外公司在E21B一034、E21B一047等核心领域 已经形成了较成熟的技术体系和较密集的专利保护 网。对于我们力量薄弱但事关主营业务发展的关键技 术,如随钻测井、智能化自动化钻井、智能完井等领 域,要深入研究竞争对手的专利保护范围,加强外围 专利的申请,通过制定实施专利战略,加强专利热点 技术的研发,形成自主知识产权。 (5)从统计分析可以看出,井下测量控制技术领域 的专利分布也有相对薄弱的领域,在这些领域国外公司 1 巾冈 油 125 8.72 514 2 中国海油 3 中国石化 l04 51 7_25 3.56 65 3o6 ①实用新型专利数量不包括在1434的总数之内。 尽管已经形成了技术体系和专利技术,但仍然存在薄弱 环节。应该有计划、有步骤地开展针对性研发,扩大技 60 术领地,逐步形成自身的优势技术。研发过程中要加强 基础专利的申请、专利保护网络的构建和全球专利布局。 (6)国内的研发机构和油田服务公司要结合自身 5O 删4O 墅30 * 发展需要和工程技术发展趋势,超前部署前瞻技术领 域的研发并形成自己的知识产权,实现从“跟跑”到 “领跑”的转变,抢占技术制高点。如研发基于未来感 20 lO 0 知、通信和网络技术的参数采集、传输和智能控制技 1990 1995 200H0 2005 2010 l985 术,开展功能性、智能化、微型化及与环境协调性新 年份 型材料在石油工程中的应用研究等。 (下转第21页) 图6 三大石油公司历年专利数量柱形图 18 石油科技论坛・201 3年第4期糍鹫 强磐 ::%掰 豫豫 § 《 0 谚 李 辉等:提高科研项日经费预算编制质量问题的探讨 相关性,以及出差时问、人数、住宿标准的合理性,需 要列示出具体任务和标准; (3)会议费预算编制应考虑会议规模、数量和会 期不宜过大、过长,参加国内会议的旅费支出应在差 4.3 把握支出科目内涵,规范定额标准,科学 确定各支出科目控制比例 对科研项目预算编制管理,应充分利用现代计算 机技术,将批准的项目预算金额按明细科目及各科目 的使用情况及时进行统计分析,通过对这些执行信息 的不断总结、分析和修正,为今后确定各支出项目控 旅费中列支,参加国际会议的旅费支出应在国际合作 与交流费中列支; (4)专家咨询费的测算应考虑咨询专家与课题研 究任务的相关性,聘请专家的人数、次数不宜过多,时 间不宜过长。 制比例提供科学的参照;要充分利用现有项目的信 息,及时进行定额标准统计和发布,指导预算编制人 员合理编制预算。 4.2 提高相关人员素质。切实发挥职能部门作用 预算编制是一项系统而严密的工程,编制人员既 要具备专业知识,也要有基本的财务知识,熟知经费 管理的基本法规、预算评审的基本流程;企业财 会管理人员,特别是科研单位的财会管理人员,应加 【参考文献】 …孔学云,马认琦,黎萍.科研项目费用的执行与管理【J】. 石油科技论坛,2012,31 f5):23-25. 【2】李雪.论科技计划项目经费预算管理流程再造U】.现代 商贸工业,2012,25(20):24-25. 强专业知识的学习,在项目经费预算的编制过程中应 根据项目要求,判断不同科目的使用范围、核销方式 及预算金额的合理性,并对技术人员进行指导和干 预。职能管理部门要加强相关、规定的宣传及辅 导,并及时总结、归纳预算编制、执行、审计中存在 的问题,并以应用实例对项目负责人和财会人员进行 官贯。 13李清明.3J科研课题预算执行中的问题及对策研究U].中 国卫生经济,2011,30(4):94—95. f4]孙建敏.浅谈油田企业科研经费的精细化管理U1.石油 科技论坛,2012,31(1):33—35. (收稿日期:2013—05—28) o (上接第18页) 【参考文献】 [1]苏义脑.油气井工程中的一个新领域【N】.地质科技情 报.2005.7(24):1—8. 【2】Leo D B,Frans V D.Smart ifelds—making the most of our 版社.2002. 【8]孙星云.企业技术创新和知识产权【‘I].石油科技论坛, 2002,21(2):77—80. I9】冯晓青.企业知识产权战略【M1.北京:知识产权出版 社.2005. assetslR】.SPE 103575. [31韦巍.智能控制技术[MI.北京:机械工业出版,2003. f4J Going W S,Thigpen B L,Chok P M,ec a1.Intelligent well [10】林婧弘.美国、日本实施专利战略的经验及启示l‘『J l知识产权,2009,23(6):38—41. technology:are we ready for closed—loop control[R].SPE 99834.2006:11—13 April. [11】赵丑民,康力平,王禹钦,等.构建知识产权发展策略 提升企业核心竞争力卟石油科技论坛,2011,30(3): 35-40. [5】张运东,李春,新赵星.斯伦贝谢公司基本专利布局及 其发展趋势U].国际石油经济,2008,16(9):15—19. 【6】张宝文,张运东,李春新.加强知识产权开发与管理提 [12】杨林村,邓益志,赵立新.国家专利战略研究IM】.北京. 知识产权出版.2004. 升中国石油核心竞争力【『J.石油科技论坛,2009,28(2): 1—4. (收稿日期:2013—05—10) o [7】何敏.企业知识产权保护与管理实务[M】.北京:法律出 蕊| 嚣 “ 一+ 。 搿 #嚣l 女誊 201 3年第4期・石油科技论坛21 

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