基于專利的RFID在石油工程領域應用分析

趙汩凡，李婧，邸偉娜，王敏生

（中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，北京100101）

基于專利的RFID在石油工程領域應用分析

趙汩凡，李婧，邸偉娜，王敏生

（中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，北京100101）

在石油工程領域引入RFID技術，特別是用于井下測量控制技術，RFID將給油氣工業帶來變革，將專利導航應用于相關領域專利分析，分析結果為基于RFID的井下測量控制技術的未來發展提供有益思考。針對國內技術現狀，建議開發自有特色的RFID控制技術，快速形成相應的專利保護網；積極研發下一代技術，通過概念專利戰略，占領技術制高點。

RFID；井下智能控制；專利導航；專利分析

射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）技術是一種通過檢測目標物體對射頻電磁場的擾動從而獲得其相關特征信息的一種非接觸式自動識別技術，識別過程無須人工干預，可識別快速移動的物體，并同時識別多個標簽［1］。RFID技術是從20世紀80年代發展起來的，截至目前已經申請了大量專利。目前RFID技術的應用主要集中于物聯網相關的內容，近年來在石油工程領域的應用也取得了一定進展，特別是在井下測量控制方面，RFID具備實現管柱全通徑、開關狀態隨時可控、大大縮短施工周期和作業成本等優勢，將RFID應用于井下工具可以帶來巨大的經濟效益，亟需開展相關新技術的研發工作。井下測量控制技術是井筒工程技術的核心，研發相關技術對于提升我國鉆井技術具有重要的現實意義［2，3］。

國家知識產權局為有效運用專利制度提升產業創新驅動發展能力，全面啟動專利導航工作。專利導航是旨在把握產業鏈中關鍵領域的專利分布，以全球視野明晰技術發展現狀和格局，解讀發展趨勢，明確發展定位，建立專利分析與產業技術運行決策深度融合、持續互動的產業發展管理決策機制。其工作內容主要由技術情報分析、專利評價與產業技術規劃設計三個部分組成。本文以專利導航作為指導思想，建立了基于RFID的井下測量控制領域專利數據庫，形成圍繞技術實際需求且涵蓋技術趨勢、技術布局和市場競爭的專利分析結果，為基于RFID的井下測量控制技術的未來發展提供有益思考。

1　專利檢索

以湯森路透公司的德溫特專利數據庫為數據源，以前期工作為基礎［4］，結合人工分類和專家意見，篩選出73個與井下測量控制直接相關的專利族作為分析主體。

2　專利總量年度走勢

石油工程領域中RFID技術專利數量較少，在時間序列上呈現出跳躍增長的特征（見圖1）。與RFID整體行業的專利申請情況類似［5］，石油工程領域RFID技術在1998年后才開始逐漸發展起來，但由于整體數據量有限，呈現出不穩定增長的特征，趨勢不明顯。

圖1　石油工程技術領域RFID專利年度走勢圖

3　在先申請國家或地區專利分布

美國依然是專利申請人的首選申請國，以占據總量42.12%的比重位于第一位，隨后中國以10.29%的比重位于第二，其他各國緊隨其后（見圖2）。由此可見，RFID技術在石油工程技術領域應用過程中，雖然各國都處于起步摸索階段，但美國仍處于領先地位，而其他各國之間的差距不明顯。

圖2　石油工程領域RFID技術專利排名前十國家或地區

4　主要競爭者

4.1國民油井華高公司

共申請7個專利族，大部分是用于鉆桿等井下工具的檢驗與監測，全部用到了RFID標簽，多數安裝于井下工具的螺紋接頭處。專利申請時間跨度較大，說明該公司很重視井下工具的智能化管理，在這方面做了大量的研發工作。

4.2斯倫貝謝

斯倫貝謝共申請基于RFID的井下測量控制技術相關專利族11個，涉及將RFID技術應用于包括控制井下工具、井下工具定位、井筒中數據傳輸、無線通信、監測、井下測量等。專利的時間跨度約為10年，特別是2005年以來專利申請比較集中，比較重視RFID技術在井下智能控制領域的應用開發，特別是RFID通信和傳感方面。

4.3馬拉松石油公司

共申請9個專利族，是最早擁有基于RFID的井下測量控制相關重要專利的公司之一。馬拉松石油公司作為核心專利持有者，通過專利組合形成了完整的保護體系。其中5個專利族是一套井下設備精確定位系統，采用延續申請的方法，有效延長了專利保護期限。2個專利族是有關通過RFID標簽實施對井下射孔、封隔作業的無線控制。其余的2個專利族是互相結合的內容，涉及實現在特定深度的特定作業，同時申請了RFID信號系統如何控制液壓系統的專利。

4.4Petrowell公司

“岡”內部構件“山”常異寫作“”“止”等，所以“岡”字又作、。《龍龕手鑒·冂部》：“岡：音古郎反。”表明三者系音義相同而形體不同的異體字。又構件“”與構件“亡”形似而訛，故“岡”字又作“罔”，與表“捕捉魚鳥之工具”的“罔”字形成同形字。寫本文獻中“岡”、“罔”兩字多混用，歷代字書常將兩字收錄在一起以示區分，如《佩觿》卷中：“岡罔：上古郎翻，山脊；下亡郎翻，欺也。”《增廣字學舉隅·卷一·兩字辨似》：“岡罔：上音剛，山脊；下忘，上聲，無也，誣也。”

該公司已經被威德福收購。收購前，申請2個專利族，內容涉及RFID在井下測量控制的基本原理和釋放RFID標簽控制井下壓裂工具等。

4.5埃克森美孚上游公司

申請2個專利族，涉及不同井下工具的遠程控制，包括射孔槍、封隔器等。同時，該公司采用RFID實現定位控制和感應控制兩種不同的方式。該公司是為數不多在中國也遞交了相應專利申請的公司之一。

4.6貝克休斯

貝克休斯申請3個專利族，涉及使用RFID進行檢測方面的技術，包括投球檢測、泄漏檢測、泥漿錄井等，根據得到的信息進而實現下一步的控制。

4.7哈里伯頓

哈里伯頓申請6個專利族。哈里伯頓對于RFID的應用研究面較廣，在不同方面申請了專利，具體包括RFID標簽作為“示蹤劑”、水泥球檢測、智能打開滑套、智能導流、智能標簽、確定井下位置等。該公司是目前RFID用于井下測量控制方面專利布局較全面的公司之一。

4.8威德福

雖然只申請了3個專利族，但是通過收購Petrowell公司，掌握了核心技術，并很快在業內推出了相應的RFID控制的井下工具。主要涉及RFID技術在井下控制領域的具體應用，包括井下智能封隔、尾管擴眼、管柱擴孔等。

在73個基于RFID的井下智能控制領域重點專利族中，僅有6個是由國內專利權人申請的，且均在國內申請，不涉及國外專利申請。其中，華中科技大學的專利主要涉及控制RFID標簽在井下的下落速度；中海油的專利主要涉及使用RFID無線技術更新下井儀器電路板板載CPU程序；江蘇曙光華陽鉆具有限公司的專利主要涉及一種新型的鉆具內置芯片標識結構。這2件專利均沒有過多的涉及井下測量控制的核心技術。武漢理工大學的專利主要涉及將RFID標簽投入井下，通過預先寫入的信息控制切換閥門，主要用于分層注水采油。江漢采油院的2件專利都是涉及RFID標簽傳遞操作指令，PLC執行相應操作，操控井下智能配水器。雖然江漢采油院的2件專利互為補充，但是基本還是給出了相應的應用概念，沒有給出具體的機械設計。

5　技術聚類分析

隨著專利申請數量的不斷增加，基于技術功效分析的專利聚類顯得越發重要。在對篩選出的73個專利族進行功效分析的基礎上，得到的技術功能聚類結果（見表1）。

表1　RFID在井下測量控制領域中的功能聚類

目前基于RFID的井下測量控制技術已經應用于地震、鉆井、固完井、儲層改造、測錄井和采油等環節。通過引入RFID技術，實現了無線接收信號、發射信號、設備定位、數據存儲、數據交換/傳輸以及數據傳輸控制等功能。由表1可知，用于鉆井的RFID技術專利數量最多，其次為儲層改造和固完井。在鉆井過程中，RFID技術被廣泛應用于信號接收和發射、設備定位、監測、數據交換/傳輸、存儲數據及數據傳輸與控制等。在儲層改造中，應用最多是監測，而在固完井中主要用來接收和發射信號及數據傳輸與控制。

6　技術發展建議及專利申請策略

（1）開發自有特色的RFID控制技術。RFID將一種新的控制方式引入到石油工程領域，研發重點是如何更好地利用這一方式。國外也處在起步階段，應根據國內石油工程現狀以及面臨的特有工程問題，開發自有特色的基于RFID的井下測量控制技術。目前，領域內專利較少，尚存在較大的專利可規避空間，應加大專利申請量，快速形成相應的專利保護網。

（2）積極研發下一代技術。結合實際技術需求，創新性應用RFID技術于井下測量控制領域。RFID技術除了能夠實現測量控制以外，還能夠實現測量檢測和數據傳輸，國外公司已經申請了一些概念專利，但均為參考文獻：

開發出具體產品。建議攻關研發相關的RFID控制與傳輸技術，實現井下相關數據的實時檢測與傳輸。通過運用概念專利戰略，占領技術制高點，形成自身技術優勢。

［1］Finkenzeller K.RFID handbook∶fundamentals and applications in contactless smart cards，radio frequency identification and near-field communication［M］.3rd ed.London∶John Wiley&Sons，2010.

［2］光新軍，王敏生，葉海超，黃輝，承達瑜.RFID在井下工具中的應用［J］.石油機械，2013，（5）：25-28+32.

［3］李光泉，戴文潮.無線射頻識別滑套關鍵技術研究［J］.石油機械，2013，（5）：73-75.

［4］王敏生，李婧.油氣井井下測量控制技術專利分析［J］.石油科技論壇，2013，（4）：14-21.

［5］韓震，沈君，曲莎莎.RFID技術趨勢及競爭態勢的專利計量分析［J］.科研管理，2013，（7）：11-16.

Patent analysis on application of RFID in petroleum engineering

ZHAO Gufan，LI Jing，DI Weina，WANG Minsheng
（China Petroleum and Chemical Co.，Ltd.，Petroleum Engineering Institute of Technology，Beijing 100101，China）

The introduction of RFID technique into petroleum engineering could change the whole industry，especially the downhole measurement control area.Here we provide useful results based on patent navigation for the downhole measurement control development.The domestic players should recognize the significant benefits of adapting RFID for the oil and gas industry，and apply enough patents（even at a concept phase）to form a protective patent portfolio.

RFID；downhole measurement control；patent navigation；patent analysis

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.003

TE931.2

A

1673-5285（2015）06-0009-04

2015－04-01

中國石油化工股份有限公司科技項目“基于RFID的井下智能控制技術專利分析與發展建議”研究成果之一，項目編號：YK51403。

趙汩凡，男（1980-），博士，工程師，研究方向：石油工程技術相關學科前瞻研究。