基于专利的RFID在石油工程领域应用分析

赵汩凡，李婧，邸伟娜，王敏生

（中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，北京100101）

基于专利的RFID在石油工程领域应用分析

赵汩凡，李婧，邸伟娜，王敏生

（中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，北京100101）

在石油工程领域引入RFID技术，特别是用于井下测量控制技术，RFID将给油气工业带来变革，将专利导航应用于相关领域专利分析，分析结果为基于RFID的井下测量控制技术的未来发展提供有益思考。针对国内技术现状，建议开发自有特色的RFID控制技术，快速形成相应的专利保护网；积极研发下一代技术，通过概念专利战略，占领技术制高点。

RFID；井下智能控制；专利导航；专利分析

射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术是一种通过检测目标物体对射频电磁场的扰动从而获得其相关特征信息的一种非接触式自动识别技术，识别过程无须人工干预，可识别快速移动的物体，并同时识别多个标签［1］。RFID技术是从20世纪80年代发展起来的，截至目前已经申请了大量专利。目前RFID技术的应用主要集中于物联网相关的内容，近年来在石油工程领域的应用也取得了一定进展，特别是在井下测量控制方面，RFID具备实现管柱全通径、开关状态随时可控、大大缩短施工周期和作业成本等优势，将RFID应用于井下工具可以带来巨大的经济效益，亟需开展相关新技术的研发工作。井下测量控制技术是井筒工程技术的核心，研发相关技术对于提升我国钻井技术具有重要的现实意义［2，3］。

国家知识产权局为有效运用专利制度提升产业创新驱动发展能力，全面启动专利导航工作。专利导航是旨在把握产业链中关键领域的专利分布，以全球视野明晰技术发展现状和格局，解读发展趋势，明确发展定位，建立专利分析与产业技术运行决策深度融合、持续互动的产业发展管理决策机制。其工作内容主要由技术情报分析、专利评价与产业技术规划设计三个部分组成。本文以专利导航作为指导思想，建立了基于RFID的井下测量控制领域专利数据库，形成围绕技术实际需求且涵盖技术趋势、技术布局和市场竞争的专利分析结果，为基于RFID的井下测量控制技术的未来发展提供有益思考。

1　专利检索

以汤森路透公司的德温特专利数据库为数据源，以前期工作为基础［4］，结合人工分类和专家意见，筛选出73个与井下测量控制直接相关的专利族作为分析主体。

2　专利总量年度走势

石油工程领域中RFID技术专利数量较少，在时间序列上呈现出跳跃增长的特征（见图1）。与RFID整体行业的专利申请情况类似［5］，石油工程领域RFID技术在1998年后才开始逐渐发展起来，但由于整体数据量有限，呈现出不稳定增长的特征，趋势不明显。

图1　石油工程技术领域RFID专利年度走势图

3　在先申请国家或地区专利分布

美国依然是专利申请人的首选申请国，以占据总量42.12%的比重位于第一位，随后中国以10.29%的比重位于第二，其他各国紧随其后（见图2）。由此可见，RFID技术在石油工程技术领域应用过程中，虽然各国都处于起步摸索阶段，但美国仍处于领先地位，而其他各国之间的差距不明显。

图2　石油工程领域RFID技术专利排名前十国家或地区

4　主要竞争者

4.1国民油井华高公司

共申请7个专利族，大部分是用于钻杆等井下工具的检验与监测，全部用到了RFID标签，多数安装于井下工具的螺纹接头处。专利申请时间跨度较大，说明该公司很重视井下工具的智能化管理，在这方面做了大量的研发工作。

4.2斯伦贝谢

斯伦贝谢共申请基于RFID的井下测量控制技术相关专利族11个，涉及将RFID技术应用于包括控制井下工具、井下工具定位、井筒中数据传输、无线通信、监测、井下测量等。专利的时间跨度约为10年，特别是2005年以来专利申请比较集中，比较重视RFID技术在井下智能控制领域的应用开发，特别是RFID通信和传感方面。

4.3马拉松石油公司

共申请9个专利族，是最早拥有基于RFID的井下测量控制相关重要专利的公司之一。马拉松石油公司作为核心专利持有者，通过专利组合形成了完整的保护体系。其中5个专利族是一套井下设备精确定位系统，采用延续申请的方法，有效延长了专利保护期限。2个专利族是有关通过RFID标签实施对井下射孔、封隔作业的无线控制。其余的2个专利族是互相结合的内容，涉及实现在特定深度的特定作业，同时申请了RFID信号系统如何控制液压系统的专利。

4.4Petrowell公司

“岡”内部构件“山”常异写作“”“止”等，所以“岡”字又作、。《龙龛手鉴·冂部》：“冈：音古郎反。”表明三者系音义相同而形体不同的异体字。又构件“”与构件“亡”形似而讹，故“岡”字又作“罔”，与表“捕捉鱼鸟之工具”的“罔”字形成同形字。写本文献中“岡”、“罔”两字多混用，历代字书常将两字收录在一起以示区分，如《佩觿》卷中：“岡罔：上古郎翻，山脊；下亡郎翻，欺也。”《增广字学举隅·卷一·两字辨似》：“岡罔：上音刚，山脊；下忘，上声，无也，诬也。”

该公司已经被威德福收购。收购前，申请2个专利族，内容涉及RFID在井下测量控制的基本原理和释放RFID标签控制井下压裂工具等。

4.5埃克森美孚上游公司

申请2个专利族，涉及不同井下工具的远程控制，包括射孔枪、封隔器等。同时，该公司采用RFID实现定位控制和感应控制两种不同的方式。该公司是为数不多在中国也递交了相应专利申请的公司之一。

4.6贝克休斯

贝克休斯申请3个专利族，涉及使用RFID进行检测方面的技术，包括投球检测、泄漏检测、泥浆录井等，根据得到的信息进而实现下一步的控制。

4.7哈里伯顿

哈里伯顿申请6个专利族。哈里伯顿对于RFID的应用研究面较广，在不同方面申请了专利，具体包括RFID标签作为“示踪剂”、水泥球检测、智能打开滑套、智能导流、智能标签、确定井下位置等。该公司是目前RFID用于井下测量控制方面专利布局较全面的公司之一。

4.8威德福

虽然只申请了3个专利族，但是通过收购Petrowell公司，掌握了核心技术，并很快在业内推出了相应的RFID控制的井下工具。主要涉及RFID技术在井下控制领域的具体应用，包括井下智能封隔、尾管扩眼、管柱扩孔等。

在73个基于RFID的井下智能控制领域重点专利族中，仅有6个是由国内专利权人申请的，且均在国内申请，不涉及国外专利申请。其中，华中科技大学的专利主要涉及控制RFID标签在井下的下落速度；中海油的专利主要涉及使用RFID无线技术更新下井仪器电路板板载CPU程序；江苏曙光华阳钻具有限公司的专利主要涉及一种新型的钻具内置芯片标识结构。这2件专利均没有过多的涉及井下测量控制的核心技术。武汉理工大学的专利主要涉及将RFID标签投入井下，通过预先写入的信息控制切换阀门，主要用于分层注水采油。江汉采油院的2件专利都是涉及RFID标签传递操作指令，PLC执行相应操作，操控井下智能配水器。虽然江汉采油院的2件专利互为补充，但是基本还是给出了相应的应用概念，没有给出具体的机械设计。

5　技术聚类分析

随着专利申请数量的不断增加，基于技术功效分析的专利聚类显得越发重要。在对筛选出的73个专利族进行功效分析的基础上，得到的技术功能聚类结果（见表1）。

表1　RFID在井下测量控制领域中的功能聚类

目前基于RFID的井下测量控制技术已经应用于地震、钻井、固完井、储层改造、测录井和采油等环节。通过引入RFID技术，实现了无线接收信号、发射信号、设备定位、数据存储、数据交换/传输以及数据传输控制等功能。由表1可知，用于钻井的RFID技术专利数量最多，其次为储层改造和固完井。在钻井过程中，RFID技术被广泛应用于信号接收和发射、设备定位、监测、数据交换/传输、存储数据及数据传输与控制等。在储层改造中，应用最多是监测，而在固完井中主要用来接收和发射信号及数据传输与控制。

6　技术发展建议及专利申请策略

（1）开发自有特色的RFID控制技术。RFID将一种新的控制方式引入到石油工程领域，研发重点是如何更好地利用这一方式。国外也处在起步阶段，应根据国内石油工程现状以及面临的特有工程问题，开发自有特色的基于RFID的井下测量控制技术。目前，领域内专利较少，尚存在较大的专利可规避空间，应加大专利申请量，快速形成相应的专利保护网。

（2）积极研发下一代技术。结合实际技术需求，创新性应用RFID技术于井下测量控制领域。RFID技术除了能够实现测量控制以外，还能够实现测量检测和数据传输，国外公司已经申请了一些概念专利，但均为参考文献：

开发出具体产品。建议攻关研发相关的RFID控制与传输技术，实现井下相关数据的实时检测与传输。通过运用概念专利战略，占领技术制高点，形成自身技术优势。

［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］光新军，王敏生，叶海超，黄辉，承达瑜.RFID在井下工具中的应用［J］.石油机械，2013，（5）：25-28+32.

［3］李光泉，戴文潮.无线射频识别滑套关键技术研究［J］.石油机械，2013，（5）：73-75.

［4］王敏生，李婧.油气井井下测量控制技术专利分析［J］.石油科技论坛，2013，（4）：14-21.

［5］韩震，沈君，曲莎莎.RFID技术趋势及竞争态势的专利计量分析［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

中国石油化工股份有限公司科技项目“基于RFID的井下智能控制技术专利分析与发展建议”研究成果之一，项目编号：YK51403。

赵汩凡，男（1980-），博士，工程师，研究方向：石油工程技术相关学科前瞻研究。