压裂液技术跟踪与专利分析

赵汩凡 邸伟娜 李婧

摘      要：压裂液技术起步较早，2001年后专利申请量呈现快速增长的趋势，目前仍处在发展期。国内外各大油公司、技术服务公司申请了很多压裂液相关技术专利，其中申请量主要集中在美国。国际油服公司哈里伯顿和斯伦贝谢在压裂液技术领域的申请量处于行业领先地位。压裂液专利技术主要涉及化学及合成类专利，但同时也涉及工艺、流程类专利。国内企业应开发适合不同区域特点的系列压裂液技术，同时加大专利申请量，快速形成相应的专利保护网。

关  键  词：压裂液技术;技术跟踪;专利分析

中图分类号：TE357.1+2       文献标识码： A       文章编号： 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  压裂液领域技术现状

压裂技术，特别是水利压裂是改造油气层的非常有效的方法之一，同时也是油气井的重要增产增注的工艺措施。在压裂过程中，注入液体在油气层能够形成具有很高的渗流能力的裂缝，改善储层油气向井筒内流动的能力，从而提高油气井的产能。压裂液作为改造油气层过程中的重要工作液，它的主要作用是将形成的高压传递到地层中、形成地层裂缝、并沿着裂缝输送支撑剂的作用[1-4]。制备压裂液时要考虑岩石及所含流体的物理和化学性质，优选出高效、低伤害和适合储层特性的优质压裂液体系，满足压裂施工工艺要求[5-9]。近年来，随着非常规油气的勘探开发，水力压裂技术得到大量应用，而壓裂液在水力压裂中起着至关重要的作用。压裂液的性能优劣直接关系到压裂施工的效果和增产效果。针对这种情况，国内外的公司和施工方开展了广泛的压裂液技术的研究，陆续开发出稠化水压裂液、天然植物胶冻胶压裂液、泡沫压裂液、酸基压裂液、乳化压裂液、油基压裂液、清洁压裂液等各种压裂液体系，解决了油气田开发采收率低的问题[10-14]。目前，常用的水基压裂液体系有非交联型黄原胶/魔芋胶水基冻胶压裂液、PAC 阳离子聚合物压裂液体系、有机硼交联水基压裂液技术、高黏度水基压裂液、抗高温清洁压裂液、无聚合物压裂液体系、无固相压裂液等[15-19]。

从20世纪30年代压裂液首次应用于压裂增产措施至今陆续开发出了大量的压裂液体系。压裂液可以使用多种常规的或者非常规的液体达到不同的目的，压裂液的分类和命名目前没有统一的标准。按照稠化剂类型进行命名，可分为植物胶类压裂液、合成聚合物压裂液、表面活性剂压裂液、纤维素压裂液等。压裂施工中按不同泵注阶段，压裂液又可分为预前置液、前置液、携砂液和替置液。

随着石油工程技术的发展，储层改造领域专利数量大幅度增长，截止到2017年底，已有全球压裂相关技术专利32 851件。国内外各大油公司、技术服务公司申请了很多压裂液相关技术专利，形成了各自的核心技术及其相应的专利策略。通过专利分析，能够跟踪最新的技术进展，能够掌握压裂液技术前沿，能够摸清压裂液技术的发展方向。

2  压裂液专利检索

2.1  检索数据库

专利分析的数据来源基于德温特专利数据库，运用德温特数据库进行总体专利检索，作为专利分析的依据;运用专利数据库中文献著录项的数据作为重点专利的判断依据[20]。德温特专利数据库回溯至1963年，覆盖了农业、电子电气、化工、药物、聚合物等各个领域的专利。

2.2  检索策略

根据行业标准等，压裂液包含了水基、油基、泡沫及乳状液、非常规等压裂液体系，每个体系中又可继续向下细分。通过对技术领域的调研分析，并参考大量专业参考文献以及技术手册，确定了主要检索范围，见表1所示。为了更全面准确的检索该技术领域的相关专利，具体运用德温特专利数据库，全面检索了截止到2017年12月31日以前的德温特专利数据库内收录的所有相关国内外专利。

2.3  检索结果

全面检索了截止到2017年12月31日以前的所有压裂液相关国内外专利，共检索到专利家族

7 879件。结合专家意见，从中筛选出1 097件压裂液高相关专利，并将这些专利作为进一步深入分析的对象，重点分析技术功效，为提出专利技术分析提供数据支撑。

3  压裂液专利申请趋势

3.1  专利年度走势分析

1966年至今的压裂液技术领域专利数量年度的变化（如图1所示），可以发现专利数量走势可大致分为两个阶段。压裂液技术专利申请起步较早，2000年以前专利技术数量较少，发展平缓，但进入2000年以后，技术开始迅速发展，专利数量急剧增多，在2013年申请数量达到峰值。

3.2  申请人年度走势

压裂液技术领域申请人数量的变化趋势与专利申请数量走势情况大致相同，见图2。特别在2000年以前，基本保持了高度一致的增长趋势，在2001年以后，专利权人开始超越申请量，保持快速增长，并一直持续至今。造成这一现象的原因一方面是行业内的协作和交流增加，使得共同申请或专利权授予的情况增加;另一方面可能在于专利申请策略以及专利文献撰写方法的改变。

3.3  压裂液技术领域同族总量变化趋势

通过分析压裂液技术领域专利申请量与专利同族总量历年变化趋势可以发现（如图3所示），压裂液专利同族数量变化趋势基本与专利申请量的走势相符合，随着时间呈现出相同的起伏。这一现象说明了，近十几年来压裂液全球专利申请量的增加与专利同族数量的增加有着密切关系。

4  压裂液专利技术布局

4.1  压裂液技术整体格局

压裂液技术整体行业经过多年的发展，已经基本形成完整的专利布局（如图4所示）。技术主要涉及压裂过程的工具、设备、仪器，压裂方法/工艺，压裂液体系和配方，同时随着压裂液技术的发展和需求的转变，缓凝和降失水功效压裂液、工业废料处理等专利申请也逐渐增多。

4.2  专利权人分析

针对压裂液技术领域中拥有最多申请专利的专利权人的分析结果如表2所示。从专利权人分析可以看出，哈里伯顿、斯伦贝谢的专利申请量占据了行业内的龙头地位，两者合起来基本上达到了总量的四分之一。哈里伯顿作为压裂液行业领军企业，专利申请量最多。

4.3  IPC分类分析

在压裂液专利申请中，E21B004326（通过形成裂隙或裂缝）占比最大（如图5所示），远远高于位居第二的E21B0043267（通过支撐加强裂缝）。这个特点在申请量走势图中也有体现，2000年以前，所有IPC技术领域的压裂液申请量都维持其地位，且变化不大，2000年以后，E21B004326在增长速度和增长量上都远远领先于其他领域。

4.4  主要竞争者

通过分析主要专利权人的专利发现，压裂液领域的重要专利（152件）的持有者中，前三位是均被国际油服公司占据，分别是斯伦贝谢34件，贝克休斯34件，哈里伯顿17件。

斯伦贝谢很重视油田增产措施技术，开发了非常规储层改造技术、多级压裂服务、海水基压裂液等产品和技术，并在压裂液领域申请了大量专利。

贝克休斯水力压裂服务主要是应用有效的、定制的增产措施技术实现最大化井的导流能力。贝克休斯有几十年的压裂作业经验，通过岩石结构和压裂液体系基本原理的认识，应用最适合的方法提高油气产量。贝克休斯有多种压裂液产品，包括瓜胶压裂液、高性能滑溜水体系、高分子量聚合物体系、高抗剪切凝胶、高渗透率恢复破胶剂等，这些都能满足不同地层的需求，同时将对环境的影响降到最低。ClearStar压裂液体系含有高分子量的聚合物，能够改善储层性能，提高采收率，降低地层伤害，同时具有容易清除、提高导流能力的特点。HydroCare滑溜水压裂体系具有较高的环境友好性，在降低环境风险的同时提高油气产量，能够减小水马力、保护油井和相关资产不受微生物侵害、提高压裂液回收率，并稳定暴露在压裂液中的地层。

哈里伯顿很重视油气田增产措施技术，相关业务包括酸化、洗井、导流能力持久性等。自从1949年完成第一口商业化压裂施工，哈里伯顿在美国又完成了超过1×106口井的成功压裂施工。哈里伯顿压裂液相关专利比较注重造缝、延长缝、增加缝网复杂性，在支撑剂方面也有所涉及，如水合水泥颗粒、纳米颗粒、无支撑剂压裂等。延迟破胶是一个发展方向，哈里伯顿尝试将破胶剂放入多孔性小球中，以实现延迟破胶。

5  结 论

（1）从专利发展趋势看，目前压裂液技术领域发展迅速，已经进入技术发展的成长期，并开始由成长期向成熟期过渡。

（2）从国家地区层面看，压裂液专利申请主要集中在美国和欧洲，其中美国以占专利申请全球总量的77%，占据优势地位。

（3）从机构层面看，哈里伯顿、斯伦贝谢的专利申请量占据了行业内的龙头地位，两者合起来基本上达到了总量的四分之一。

（4）从技术角度看，压裂液技术专利主要主要涉及化学及合成类专利，但同时也涉及工艺、流程类专利。

（5）国内企业应学习国际主要油服公司的作法，以满足国内不同区域的储层特点为导向，不断改进现有产品/体系，形成为适合不同区域特点的系列压裂液技术。同时，应加大专利申请量，快速形成相应的专利保护网。

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