全球固井水泥外加劑專利現狀分析

趙汩凡 邸偉娜 李婧

摘 ?????要：經過幾十年的發展，固井水泥外加劑領域已經進入了發展期，專利申請量持續增加。特別是國外各大油服公司在固井水泥外加劑領域申請了大量專利，開展了全面的專利布局，其中哈里伯頓、斯倫貝謝在該領域占據了行業內的領先地位。固井水泥外加劑技術專利主要涉及化學及化工類專利，并且各種外加劑種類繁多。國內企業應加大該領域專利申請，發展特色技術，保護自有知識產權。

關 ?鍵 ?詞：固井水泥外加劑;發展趨勢;專利分析;知識產權保護

中圖分類號：TE 256 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）01-0141-04

Abstract： Cementing is one of the most critical steps in the drilling and completion of oil wells. The current patent analysis was conducted to get an overview of patent landscape for oil well cementing， with focus on identifying additives for property enhancement， emerging trends， the major assignees， and applications in this area. All keywords relevant to cementing additives along with possible synonyms， abbreviations were collected by studying full text of selected literatures of this area. Geographical distribution， assignee analysis and technology analysis were also carried out. Cementing additives develop rapidly and enter the growth stage of technological development. The number of patent applications is the largest among international oil service companies. Domestic enterprises should strengthen patent applications in this area and protect their own technologies IP.

Key words： Cementing additives; Emerging trends; Patent analysis; IP protection

1 ?固井水泥外加劑領域現狀

固井作業承擔著保護支撐油氣井內套管、封隔油、氣與水等底層的作用，是鉆完井工程中不可缺少的重要環節[1，2]。隨著油氣勘探開發的不斷進步，鉆井技術的發展對固井施工的要求日益提高，用純水泥固井已成為過去，新型固井水泥外加劑不斷問世，用以提高固井水泥的各種性能參數，使之更好地適應深井超深井、特殊井等復雜地層的固井施工作業，達到有效封隔地層、保護油氣層、延長油氣井壽命的目的[3-7]。另一方面，新型材料的引入，有效提高固井水泥外加劑的應用水平，進而促進固井技術的發展[8-11]。

固井水泥是固井作業工程中不可缺少的膠凝材料，它直接關系到固井質量、油氣井壽命和油氣采收率。固井施工離不開各種水泥外加劑的使用，因此，固井水泥外加劑的研究開發、批量生產與現場應用在國內外都得到了越來越多的重視和支持[12-14]。近20年來，國內外固井水泥外加劑的發展異常迅速，品種更新換代很快，《中華人民共和國石油天然氣行業標準》中將水泥外加劑分為7個類別，分別是促凝劑、緩凝劑、減阻劑、膨脹劑、降濾失劑、防氣竄劑。但隨著固井水泥外加劑技術的發展，外加劑的種類也不斷增加。在石油工業出版社出版的《固井液設計及應用》、《水泥漿和外加劑》等著作中，將固井水泥外加劑分為促凝劑、緩凝劑、降失水劑、分散劑、加重劑、減輕劑、堵漏劑、石英砂、配制含鹽水泥漿與其他外加劑。為了保證研究的全面性，在綜合考慮所有分類的情況下，本研究主要分析了促凝劑、緩凝劑、消泡劑、分散劑、減輕劑、防漏劑、加重劑、早強劑、熱穩定劑等固井水泥外加劑的專利情況。

2 ?固井水泥外加劑專利檢索

2.1 ?檢索數據庫

本研究以德溫特專利數據庫和PatBase專利數據庫相結合作為專利數據源，具體運用德溫特專利庫開展整體專利檢索，作為專利分析數據的主要來源;輔以PatBase專利庫進行法律狀態等專利著錄項的詳細檢索，作為整體檢索的補充;二者結合為核心專利的篩選提供全面的數據支撐[15]。

2.2 ?檢索策略

固井水泥外加劑是指摻入量小于或等于水泥重量5%的物質，主要通過物理或化學的作用使水泥漿達到某種性能。固井水泥外加劑涉及范圍較廣，包括單劑類、復合類、在體系中的應用等。此外，隨著專利申請量的高速增長，不同學科間的交叉越來越密集，故采用多步反復的檢索方式檢索相關專利。

2.3 ?檢索結果

全面檢索了截止到2017年6月30日以前的所有固井水泥外加劑相關國內外專利。檢索得到了

7 401件專利文件，所有檢索結果均進行了多方面的數據清洗和整理。

3 ?固井水泥外加劑發展趨勢分析

3.1 ?專利年度走勢分析

觀察1966年至今的固井水泥外加劑領域專利數量年度的變化（如圖1所示），可以發現專利數量走勢大致呈現出三個階段的特征。首先，固井水泥外加劑技術起步較早，1992年以前專利技術穩步發展，在1992年達到第一個峰值后小幅下降，但進入2000年以后，技術開始迅速發展，專利數量急劇增多，在2012年申請數量達到第二個峰值。

3.2 ?技術生命周期分析

專利技術生命周期分析[16，17]是主要通過分析專利技術所處的不同發展階段，能夠推斷相關技術未來的發展方向，常用技術生命折線圖表示，其中橫軸表示專利申請項數，縱軸表示某一時間段的專利申請人數量。技術生命周期一般分為技術萌芽期、發展期、成熟期、衰退期、再發展期等。通過對檢索得到的固井水泥外加劑專利數據進行整理和數據統計，將申請人數量和專利申請量根據年份一一對應，作為技術生命曲線圖的兩個坐標，具體結果如圖2所示。

通過與專利技術生命周期專用曲線圖的比對，可以發現，經過幾十年的發展，目前固井水泥外加劑領域中的專利申請人數量與專利數量仍處在增長階段，并且增長速度依然保持在較高的水平，說明該技術領域已經通過萌芽期，進入了發展期。相應的固井水泥外加劑的曲線形態也在經歷了緩慢增長，開始呈現出快速增長的態勢。另一方面，在縱軸方向上，曲線尚未呈現出放緩的趨勢，因此還未進入成熟期。

4 ?固井水泥外加劑技術格局分析

4.1 ?國家地區層面分析

根據專利申請地域的不同，對優先公開專利的國家或者地區進行統計，發現不同國家或地域的申請量存在著明顯的差異（如圖3所示）。其中，美國的專利申請量領先于其他國家，排名第一，專利申請占比達到全球專利總量的27.85%;俄羅斯和中國分別位居第二、第三位。

通過固井水泥外加劑專利申請量歷年發展趨勢的分析，發現專利申請量的變化趨勢分為三個階段，分別是1992年以前、1993年到2006年、以及2007年至今。通過對比不同階段的專利數量排名結果，可以發現，如表1所示，美國、加拿大等油氣勘探強國的專利申請數量排名始終位居前列，而蘇聯解體后，俄羅斯的專利數量排名下降較快，由1992年以前的第一位下降到第四位，而中國專利申請數量的增長速度非常快，2007年以后的專利申請數量已經超過了美國和加拿大。

4.2 ?機構層面分析

針對固井水泥外加劑領域擁有最多申請專利的專利權人的分析結果如圖4所示。從專利權人分析可以看出，哈里伯頓、斯倫貝謝的專利申請量占據了行業內的龍頭地位[15]，兩者合起來基本上達到了總量的四分之一。另一方面，中國石化作為唯一排名靠前的中國企業，雖然在總體數量上與業內領先企業還存在不小差距，但2008年后，中國石化的專利申請數量增長較快。

4.3 ?技術層面分析

針對固井水泥外加劑專利的德溫特手工代碼的分布情況，開展了統計分析，如圖5所示。

固井水泥外加劑在H01（油氣領域）技術類別中的應用形成的專利數量最多，在二級代碼中H01-C（完井、增產及服務）占比最多，在三級代碼中H01-C01（固井作業）和H01-C02（固井組成）占比最多。此外，在H01-C01（固井作業）和H01-C02（固井組成）領域的申請量年度變化也與固井水泥外加劑領域整體的變化趨勢相符，而且H01-C01（固井作業）和H01-C02（固井組成）二者的增長趨勢交相呼應，不相伯仲（如圖6所示）。

5 ?結 論

從專利發展趨勢看，目前固井水泥外加劑技術領域發展迅速，已經進入技術發展的成長期。從國家地區層面看，美國以占專利申請全球總量的27.85%，領先于其他國家，排名第一;俄羅斯和中國緊隨其后，位居第二、第三位。從機構層面看，哈里伯頓、斯倫貝謝的專利申請量占據了行業內的龍頭地位，兩者合起來基本上達到了總量的四分之一。從技術角度看，固井水泥外加劑技術專利主要涉及化學及化工類專利，部分技術內容和鉆井液有交叉。

國內企業應加大固井水泥外加劑領域專利申請力度，有效保護自有技術，結合國內現場需求，開發具有自有特色的緩凝劑、降失水劑等，使品種系列化、多樣化，以滿足各種特殊工程的需要。

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