羅瑋瑋

摘 要：文章基于專利數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和重點(diǎn)專利分析，對(duì)天然氣水合物開采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了梳理，同時(shí)圍繞國(guó)內(nèi)外重要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)、開采技術(shù)構(gòu)成等方面進(jìn)一步闡述了國(guó)內(nèi)開采技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和短板，為我國(guó)相關(guān)企業(yè)、科研單位的天然氣水合物開采計(jì)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物；可燃冰；開采技術(shù)；專利分析

中圖分類號(hào)：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）21-0008-03

Abstract： Based on the statistics of patent data and key patent analysis， this paper combs the development trend of gas hydrate mining technology. At the same time， the advantages and disadvantages of domestic mining technology are further expounded around the statistics of important applicants at home and abroad and the composition of mining technology， so as to provide reference for the exploitation plan of the natural gas hydrate of relevant enterprises and scientific research institutions in our country.

Keywords： natural gas hydrate； combustible ice； mining technology； patent analysis

引言

天然氣水合物（Natural Gas Hydrate）又稱可燃冰，分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，是由天然氣和水在高壓（大于100atm）和低溫（0～10°C）條件下合成的一種固態(tài)類冰狀結(jié)晶物質(zhì)；其資源密度高，全球分布廣泛，具有較高的研究?jī)r(jià)值，目前，全球已有30多個(gè)國(guó)家進(jìn)行了天然氣水合物的研究，我國(guó)從上世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)可燃冰后，到目前已經(jīng)取得了一系列重要成果。然而，由于開采技術(shù)不成熟、成本高、技術(shù)不可控等因素，天然氣水合物目前依然無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)開采。為了助力我國(guó)的天然氣水合物開采計(jì)劃，本文以專利數(shù)據(jù)和專利技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞天然氣水合物開采技術(shù)的申請(qǐng)趨勢(shì)、地區(qū)分布、主要申請(qǐng)人等方面，梳理了天然氣水合物開采技術(shù)自出現(xiàn)以來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和走向，有助于企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)宏觀上了解天然氣水合物的開采現(xiàn)狀，以及在全球發(fā)展中，中國(guó)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和短板，以為后期天然氣水合物開采技術(shù)的發(fā)展和專利布局提供幫助。

1 專利分析方法

本文以S系統(tǒng)為主要檢索工具，選取CNABS、VEN作為檢索數(shù)據(jù)庫(kù)；檢索過(guò)程中涉及的主要關(guān)鍵詞包括：可燃冰，天然氣水合物，甲烷水合物，降壓，減壓，注熱，熱水，熱鹽，置換，固體流化，化學(xué)劑、抑制劑；gas hydrate， methane hydrate， clathrate hydrate， combustible ice， exploit， mining， excavation， depressurization， exchange， replacement， chemical， Heat， Warm， Thermal， jet等。

分類號(hào)取自國(guó)際專利分類表IPC和CPC，主要選取的CPC號(hào)為：E21B 2043/0115；主要選取的IPC號(hào)為：E21B 43/01，E21B 43/24，E21B 43/00，E21B 43/26，E21C 50/00等。

采用上述檢索要素得到的專利申請(qǐng)經(jīng)過(guò)降噪和篩選后構(gòu)成了本文研究的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 分析結(jié)果

2.1 天然氣水合物的開采技術(shù)構(gòu)成分析

為了對(duì)檢索過(guò)程進(jìn)行宏觀的把握，本文利用IPC分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)天然氣水合物開采技術(shù)所涉及的領(lǐng)域進(jìn)行了分析和表征，由圖1可知，該領(lǐng)域的開采技術(shù)專利主要集中在IPC小類E21B中，其次是E21C，C10L，C07C，其它領(lǐng)域涉及甚少。其中，E21B主要涉及土層或鉆石的鉆進(jìn)；從井中開采油、氣、水、可溶解或可融化物質(zhì)或礦物泥漿等技術(shù)；E21C主要涉及采礦或礦石領(lǐng)域；C10L主要涉及不包含在其他類目中的燃料；天然氣； C07C主要涉及無(wú)環(huán)或碳環(huán)化合物。

從技術(shù)分支來(lái)看，天然氣水合物開采的主流方法包括熱激勵(lì)開采法、固體流化開采法、CO2置換法、降壓法、以及注化學(xué)抑制劑法，占比如圖2所示；其中，熱激勵(lì)開采法自出現(xiàn)后，一直作為研究熱點(diǎn)至今日，固體開采法出現(xiàn)時(shí)間較晚，但由于其經(jīng)濟(jì)可行、安全的開采方式得到了重視，保持了較高的研究熱度；注化學(xué)抑制劑法因?yàn)槠涑杀景嘿F，研究熱度逐年降低。

2.2 天然氣水合物開采技術(shù)的演進(jìn)分析

為了更全面的展示天然氣水合物開采的技術(shù)演進(jìn)，本文將結(jié)合開采領(lǐng)域?qū)＠纳暾?qǐng)趨勢(shì)，對(duì)其開采方法的發(fā)展階段進(jìn)行劃分，并結(jié)合天然氣水合物的開采史進(jìn)一步解讀影響申請(qǐng)量變化的內(nèi)在因素。

從圖3可知，就申請(qǐng)國(guó)分布來(lái)看，天然氣開采技術(shù)的主要申請(qǐng)量集中在中國(guó)、美國(guó)、日本，在申請(qǐng)量上，中國(guó)具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)；但結(jié)合天然氣水合物開采技術(shù)專利逐年申請(qǐng)量中的全球申請(qǐng)量和中國(guó)申請(qǐng)量的對(duì)比可知，中國(guó)的申請(qǐng)量并非來(lái)源于歷史的累積，而是因?yàn)楹髞?lái)居上。

就申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看，天然氣水合物開采技術(shù)自1970年出現(xiàn)，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的萌芽期，直到2002年起，該申請(qǐng)量出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，并在2012年以前出現(xiàn)較為平穩(wěn)的波動(dòng)；直至2013年，申請(qǐng)量大幅度提升。

萌芽期（1970～2001年）： 1969年，蘇聯(lián)在西伯利亞地區(qū)開發(fā)麥索雅哈氣田，無(wú)意中利用降壓法和注劑法成功開采了世界上第一個(gè)天然氣水合物；1970年，蘇聯(lián)的VASILEV公司申請(qǐng)了化學(xué)劑開采天然氣水合物的第一個(gè)專利SU390257A1，隨后1972年，蘇聯(lián)的TVANO-FRANK PETER公司繼續(xù)申請(qǐng)了聲波開采天然氣水合物的專利SU442287A1；同時(shí)，在這一時(shí)間段，以美國(guó)為首的深海鉆探計(jì)劃（DSDP）開始實(shí)施，主要目的是開展天然氣水合物資源普查，隨著天然氣水合物研究的進(jìn)行，美國(guó)的綜合性跨國(guó)能源公司——康菲石油于1971年申請(qǐng)了以熱激勵(lì)開采天然氣水合物的方法專利US3676981A，后在1975年申請(qǐng)了以化學(xué)劑開采天然氣水合物的方法專利US4007787A；同時(shí)，美國(guó)的阿科公司（Atlantic Richfield Company）分別于1974年在美國(guó)、1975年在加拿大申請(qǐng)了熱激勵(lì)開采天然氣水合物的專利；1981年美國(guó)的ELLIOT公司以及美國(guó)能源部也分別進(jìn)行了化學(xué)劑和熱激勵(lì)開采天然氣水合物的專利申請(qǐng)；1985年，作為DSDP計(jì)劃的延續(xù)，一個(gè)規(guī)模更大、多國(guó)合作的大洋鉆探計(jì)劃ODP正式實(shí)施；20世紀(jì)90年代中期，以DSDP和ODP兩大計(jì)劃為標(biāo)志，美國(guó)、俄羅斯、荷蘭、德國(guó)、加拿大、日本等諸多國(guó)家探測(cè)天然氣水合物的目標(biāo)和范圍已經(jīng)覆蓋了世界幾乎所有大洋陸緣的重要潛在遠(yuǎn)景地區(qū)以及高緯度極地永久凍土帶；1993年，第一屆天然氣水合物國(guó)際會(huì)議召開，拉開了一個(gè)水合物發(fā)展的契機(jī)；1998年，日本為了國(guó)內(nèi)的水合物藏開采項(xiàng)目立項(xiàng)提供依據(jù)，資助加拿大在Mallik地區(qū)進(jìn)行了水合物鉆探。

生長(zhǎng)期（2002～2012年）：在歷時(shí)30年的萌芽期階段，雖然天然氣水合物專利申請(qǐng)量低，但在這一段時(shí)間所出現(xiàn)的天然氣水合物開發(fā)重要?dú)v時(shí)事件為后續(xù)天然氣水合物的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，各國(guó)的逐步加入也為后續(xù)天然氣水合物專利的發(fā)展積蓄了能量；2002年，日本聯(lián)合加拿大、美國(guó)、印度、德國(guó)在Mallik地區(qū)進(jìn)行水合物試采，實(shí)驗(yàn)采用的是注熱和降壓聯(lián)合法；從專利申請(qǐng)的趨勢(shì)來(lái)看，在這一階段，申請(qǐng)專利的國(guó)家數(shù)量增多，同時(shí)，天然氣水合物開采方法的種類也日趨多樣化，直至2002年，目前最主流的天然氣水合物開采方法：置換法、降壓法、熱激法、固體開采法以及化學(xué)抑制劑法，均已經(jīng)進(jìn)入到人們的視野并繼續(xù)得到發(fā)展；從天然氣水合物的發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，這一階段中，2004年，美國(guó)開始集中研究天然氣水合物實(shí)驗(yàn)開采模擬研究；2005年，美國(guó)對(duì)阿拉斯加北坡的水合物資源量進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行后期的野外試采工作；2007年-2008年，日本聯(lián)合加拿大再一次在Mallik地區(qū)利用降壓法進(jìn)行了水合物的開采；2009年開始，英國(guó)的BP是由公司完成了在阿拉斯加北坡的水合物鉆井取樣工作，并選定了4個(gè)長(zhǎng)期試采點(diǎn)。

成熟期（2013～2017年）：從專利庫(kù)的申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看，申請(qǐng)量在2013年有了較大幅度的增長(zhǎng)，除2017年外，整體趨勢(shì)較為穩(wěn)定；這一階段中，中國(guó)申請(qǐng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，繼2011年我國(guó)啟動(dòng)天然氣水合物試采工程后，2013年，在珠江口盆地東部海域首次鉆獲高純度可燃冰，2017年，首次海域天然氣水合物試采成功。

2.3 重要申請(qǐng)人

就申請(qǐng)量來(lái)看，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)以高校研究院為主，中國(guó)石油大學(xué)、西南石油大學(xué)、中科院占領(lǐng)了前三位，這也側(cè)面的證明，目前國(guó)內(nèi)的天然氣水合物開采技術(shù)還處于基礎(chǔ)理論研究階段，未來(lái)的發(fā)展方向除了基礎(chǔ)的理論研究，還需要進(jìn)一步側(cè)重于市場(chǎng)的結(jié)合，如何利用理論研究助力我國(guó)的天然氣水合物商業(yè)開采將會(huì)是未來(lái)的重點(diǎn)、難點(diǎn)方向；日本的三井企業(yè)占據(jù)申請(qǐng)量第6位，日本經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的天然氣水合物開采研究，目前已經(jīng)脫離了純理論研究階段，其企業(yè)已經(jīng)開始在理論的基礎(chǔ)上，逐漸側(cè)重商業(yè)化的開采技術(shù)。

在申請(qǐng)量的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對(duì)其申請(qǐng)方向進(jìn)行探討，根據(jù)圖4可以發(fā)現(xiàn)，各申請(qǐng)單位對(duì)于化學(xué)劑開采法的研究較少，占比較大的開采方法為熱激法、固體流化開采法、和降壓法；我國(guó)的兩大石油高校的主要研究方向分別為：熱激開采法和固體流化開采法。

3 結(jié)束語(yǔ)

天然氣水合物的開采技術(shù)主要由美國(guó)、日本、中國(guó)所掌握，其中，中國(guó)在申請(qǐng)量上后來(lái)居上，而美國(guó)、日本的專利技術(shù)具備了長(zhǎng)期的歷史積累和演化；特別的，中國(guó)目前的主要研究機(jī)構(gòu)大多數(shù)為科研單位或高校，還處于基礎(chǔ)理論研究的階段，相比于美國(guó)和日本，需要加快市場(chǎng)化的步伐；就開采技術(shù)來(lái)說(shuō)，中國(guó)目前以熱激勵(lì)開采法和固體流化開采法為主，中國(guó)的固體流化開采法已經(jīng)處于世界較為領(lǐng)先的地位，但熱激勵(lì)開采法由美國(guó)最先提出，且此后由各大石油企業(yè)進(jìn)行了演化和發(fā)展，中國(guó)在進(jìn)行熱激勵(lì)開采法研究時(shí)，應(yīng)當(dāng)更多的關(guān)注美國(guó)申請(qǐng)，尋找專利空白點(diǎn)，尋求突破。

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