全球固井水泥外加剂专利现状分析
赵汩凡 邸伟娜 李婧
摘 ?????要：经过几十年的发展，固井水泥外加剂领域已经进入了发展期，专利申请量持续增加。特别是国外各大油服公司在固井水泥外加剂领域申请了大量专利，开展了全面的专利布局，其中哈里伯顿、斯伦贝谢在该领域占据了行业内的领先地位。固井水泥外加剂技术专利主要涉及化学及化工类专利，并且各种外加剂种类繁多。国内企业应加大该领域专利申请，发展特色技术，保护自有知识产权。
关 ?键 ?词：固井水泥外加剂;发展趋势;专利分析;知识产权保护
中图分类号：TE 256 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 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 ?固井水泥外加剂领域现状
固井作业承担着保护支撑油气井内套管、封隔油、气与水等底层的作用，是钻完井工程中不可缺少的重要环节[1，2]。随着油气勘探开发的不断进步，钻井技术的发展对固井施工的要求日益提高，用纯水泥固井已成为过去，新型固井水泥外加剂不断问世，用以提高固井水泥的各種性能参数，使之更好地适应深井超深井、特殊井等复杂地层的固井施工作业，达到有效封隔地层、保护油气层、延长油气井寿命的目的[3-7]。另一方面，新型材料的引入，有效提高固井水泥外加剂的应用水平，进而促进固井技术的发展[8-11]。
固井水泥是固井作业工程中不可缺少的胶凝材料，它直接关系到固井质量、油气井寿命和油气采收率。固井施工离不开各种水泥外加剂的使用，因此，固井水泥外加剂的研究开发、批量生产与现场应用在国内外都得到了越来越多的重视和支持[12-14]。近20年来，国内外固井水泥外加剂的发展异常迅速，品种更新换代很快，《中华人民共和国石油天然气行业标准》中将水泥外加剂分为7个类别，分别是促凝剂、缓凝剂、减阻剂、膨胀剂、降滤失剂、防气窜剂。但随着固井水泥外加剂技术的发展，外加剂的种类也不断增加。在石油工业出版社出版的《固井液设计及应用》、《水泥浆和外加剂》等著作中，将固井水泥外加剂分为促凝剂、缓凝剂、降失水剂、分散剂、加重剂、减轻剂、堵漏剂、石英砂、配制含盐水泥浆与其他外加剂。为了保证研究的全面性，在综合考虑所有分类的情况下，本研究主要分析了促凝剂、缓凝剂、消泡剂、分散剂、减轻剂、防漏剂、加重剂、早强剂、热稳定剂等固井水泥外加剂的专利情况。
2 ?固井水泥外加剂专利检索
2.1 ?检索数据库
本研究以德温特专利数据库和PatBase专利数据库相结合作为专利数据源，具体运用德温特专利库开展整体专利检索，作为专利分析数据的主要来源;辅以PatBase专利库进行法律状态等专利著录项的详细检索，作为整体检索的补充;二者结合为核心专利的筛选提供全面的数据支撑[15]。
2.2 ?检索策略
固井水泥外加剂是指掺入量小于或等于水泥重量5%的物质，主要通过物理或化学的作用使水泥浆达到某种性能。固井水泥外加剂涉及范围较广，包括单剂类、复合类、在体系中的应用等。此外，随着专利申请量的高速增长，不同学科间的交叉越来越密集，故采用多步反复的检索方式检索相关专利。
2.3 ?检索结果
全面检索了截止到2017年6月30日以前的所有固井水泥外加剂相关国内外专利。检索得到了
7 401件专利文件，所有检索结果均进行了多方面的数据清洗和整理。
3 ?固井水泥外加剂发展趋势分析
3.1 ?专利年度走势分析
观察1966年至今的固井水泥外加剂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大致呈现出三个阶段的特征。首先，固井水泥外加剂技术起步较早，1992年以前专利技术稳步发展，在1992年达到第一个峰值后小幅下降，但进入2000年以后，技术开始迅速发展，专利数量急剧增多，在2012年申请数量达到第二个峰值。
3.2 ?技术生命周期分析
专利技术生命周期分析[16，17]是主要通过分析专利技术所处的不同发展阶段，能够推断相关技术未来的发展方向，常用技术生命折线图表示，其中横轴表示专利申请项数，纵轴表示某一时间段的专利申请人数量。技术生命周期一般分为技术萌芽期、发展期、成熟期、衰退期、再发展期等。通过对检索得到的固井水泥外加剂专利数据进行整理和数据统计，将申请人数量和专利申请量根据年份一一对应，作为技术生命曲线图的两个坐标，具体结果如图2所示。
通过与专利技术生命周期专用曲线图的比对，可以发现，经过几十年的发展，目前固井水泥外加剂领域中的专利申请人数量与专利数量仍处在增长阶段，并且增长速度依然保持在较高的水平，说明该技术领域已经通过萌芽期，进入了发展期。相应的固井水泥外加剂的曲线形态也在经历了缓慢增长，开始呈现出快速增长的态势。另一方面，在纵轴方向上，曲线尚未呈现出放缓的趋势，因此还未进入成熟期。
4 ?固井水泥外加剂技术格局分析
4.1 ?国家地区层面分析
根据专利申请地域的不同，对优先公开专利的国家或者地区进行统计，发现不同国家或地域的申请量存在着明显的差异（如图3所示）。其中，美国的专利申请量领先于其他国家，排名第一，专利申请占比达到全球专利总量的27.85%;俄罗斯和中国分别位居第二、第三位。
通过固井水泥外加剂专利申请量历年发展趋势的分析，发现专利申请量的变化趋势分为三个阶段，分别是1992年以前、1993年到2006年、以及2007年至今。通过对比不同阶段的专利数量排名结果，可以发现，如表1所示，美国、加拿大等油气勘探强国的专利申请数量排名始终位居前列，而苏联解体后，俄罗斯的专利数量排名下降较快，由1992年以前的第一位下降到第四位，而中国专利申请数量的增长速度非常快，2007年以后的专利申请数量已经超过了美国和加拿大。
4.2 ?机构层面分析
针对固井水泥外加剂领域拥有最多申请专利的专利权人的分析结果如图4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[15]，两者合起来基本上达到了总量的四分之一。另一方面，中国石化作为唯一排名靠前的中国企业，虽然在总体数量上与业内领先企业还存在不小差距，但2008年后，中国石化的专利申请数量增长较快。
4.3 ?技术层面分析
针对固井水泥外加剂专利的德温特手工代码的分布情况，开展了统计分析，如图5所示。
固井水泥外加剂在H01（油气领域）技术类别中的应用形成的专利数量最多，在二级代码中H01-C（完井、增产及服务）占比最多，在三级代码中H01-C01（固井作业）和H01-C02（固井组成）占比最多。此外，在H01-C01（固井作业）和H01-C02（固井组成）领域的申请量年度变化也与固井水泥外加剂领域整体的变化趋势相符，而且H01-C01（固井作业）和H01-C02（固井组成）二者的增长趋势交相呼应，不相伯仲（如图6所示）。
5 ?结 论
从专利发展趋势看，目前固井水泥外加剂技术领域发展迅速，已经进入技术发展的成长期。从国家地区层面看，美国以占专利申请全球总量的27.85%，领先于其他国家，排名第一;俄罗斯和中国紧随其后，位居第二、第三位。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。从技术角度看，固井水泥外加剂技术专利主要涉及化学及化工类专利，部分技术内容和钻井液有交叉。
国内企业应加大固井水泥外加劑领域专利申请力度，有效保护自有技术，结合国内现场需求，开发具有自有特色的缓凝剂、降失水剂等，使品种系列化、多样化，以满足各种特殊工程的需要。
参考文献：
[1]陈大钧，等.油气田应用化学[M].北京：石油工业出版社，2006.
[2]Nelson E. Well cementing [M]. Amsterdam： Elsevier， 1990.
[3] 姚晓，吴叶成，黎学年. 国内外固井技术难点及新型水泥外加剂特性评析[J]. 钻井液与完井液，2005，02：11-16+77.
[4]丁士东. 国内外固井技术现状及发展趋势[J]. 钻井液与完井液，2002，05：38-42+59.
[5]赵琥，邱超，宋茂林，王清顺，罗宇维. 深水固井低温水泥外加剂的开发及应用[J]. 石油钻探技术，2012，04：72-75.
[6]刘爱平. 中国石油固井技术现状及发展趋势[J]. 测井技术，2004，S1：23-26+94.
[7]齐奉忠，杜建平，魏群宝. 固井材料技术新进展及研究方向[J]. 石油科技论坛，2015，04：45-48.
[8]李鹤，黄志强，黄鹏.纤维材料对提高水泥石增韧性能研究进展[J].当代化工，2018，47（01）：163-166.
[9] 李波，邵鲁华，韩立国，邓春来.固井用水泥外加剂研究进展[J].当代化工，2014，43（05）：863-866.
[10]武世新. 国内外高温高压井固井用外加剂现状及进展[J]. 延安职业技术学院学报，2011，05：77-79.
[11]姜晓超. 耐200℃油井水泥浆的研制[D].吉林大学，2012.
[12]刘建军. 聚合物类油井水泥外加剂的合成与研究[D].天津大学，2012.
[13]焦永强. 深井水泥浆体系研究[D].中国石油大学，2007.
[14]邸伟娜，赵汩凡，李婧.哈里伯顿固井水泥外加剂专利分析[J].石油科技论坛，2017，36（01）：62-67.
[15]赵汩凡，李婧，邸伟娜，王敏生.专利参考价值评价体系及其在石油工程领域中的应用[J].石油科技论坛，2015，34（02）：28-33.
[16] 王燕玲.基于专利分析的行业技术创新研究：分析框架[J].科学学研究，2009，27（04）：622-628+568.
[17]李潇，王坚，纪展仕.介孔分子筛的研究进展及国内外专利分析[J].现代化工，2012，32（12）：6-10+12.
