史 政 ，錢門輝 ，陶 成

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實驗室，江蘇 無錫 214126）

頁巖氣是指泥頁巖中所包含的游離氣、吸附氣與溶解氣。作為一種非常規(guī)油氣類型，頁巖氣是常規(guī)天然氣的潛在替代能源，也是一種清潔的環(huán)保能源[1-2]。

頁巖氣的發(fā)育具有廣泛的地質(zhì)意義，存在于幾乎所有的盆地中，由于埋藏深度、含氣飽和度等差別較大分別具有不同的工業(yè)價值。從世界范圍來看，泥頁巖約占全部沉積巖的60%，頁巖氣資源前景巨大，主要分布于北美、中亞、中國、拉丁美洲、中東、北非等地區(qū)[2]。

目前對頁巖氣進(jìn)行商業(yè)開發(fā)的國家主要有美國、加拿大和中國。北美頁巖氣開發(fā)發(fā)展油氣迅速，已經(jīng)實現(xiàn)了高效、規(guī)模開發(fā)，成為北美天然氣供應(yīng)的重要來源。有機(jī)構(gòu)預(yù)測2040年美國頁巖氣產(chǎn)量將達(dá)到5.6 千億方，占屆時美國天然氣總產(chǎn)量的53%。目前，德國、法國、英國、波蘭等歐洲國家也已經(jīng)充分認(rèn)識到了頁巖氣資源的重要價值和廣闊前景，著手進(jìn)行相關(guān)的基礎(chǔ)研究、資源評價、工業(yè)開采實驗等勘探開發(fā)工作[2-3]。頁巖氣大規(guī)模的商業(yè)開發(fā)將深刻影響著國際政治和經(jīng)濟(jì)格局。

2000年以來，我國政府和相關(guān)企業(yè)也已開始高度重視頁巖氣的勘探開發(fā)，密切關(guān)注北美頁巖氣的發(fā)展動態(tài)，借鑒北美頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗，廣泛地進(jìn)行國際交流與合作。中國頁巖氣資源潛力巨大，如南方海相頁巖地層（下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)）有機(jī)質(zhì)豐度可達(dá)到很好-極好，為中國頁巖氣勘探最具潛力的地區(qū)，而北方湖相頁巖地層也具有很好的勘探前景[2-3]。據(jù)統(tǒng)計，我國頁巖氣資源量達(dá)80 萬億方。

1 技術(shù)背景與技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)背景

20 世紀(jì)70年代，美國實現(xiàn)了第一口頁巖氣井鉆探，從此進(jìn)入頁巖氣勘探的高速發(fā)展期，目前已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)頁巖氣開采技術(shù)領(lǐng)先、探明頁巖氣最多的國家。繼海相頁巖氣突破之后，海相頁巖油已成為全球非常規(guī)油氣發(fā)展的亮點(diǎn)領(lǐng)域，使美國朝著能源獨(dú)立國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，邁出了堅實的步伐，引領(lǐng)著全球石油工業(yè)從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣的跨越。

21 世紀(jì)開始，我國地質(zhì)學(xué)家開始高度關(guān)注國內(nèi)頁巖氣的地質(zhì)形成與勘探開發(fā)[4]。2010年我國第一口頁巖氣勘探評價井威201 井獲工業(yè)氣流。經(jīng)過10年的持續(xù)攻關(guān)，我國的頁巖氣勘探開發(fā)取得了快速發(fā)展，陸續(xù)在四川盆地、渝東-鄂西、滇黔北、湘西等地區(qū)五峰-龍馬溪組發(fā)現(xiàn)頁巖氣，并在四川盆地長寧-威遠(yuǎn)、昭通、富順-永川、涪陵等地區(qū)獲得工業(yè)頁巖氣產(chǎn)量。特別是2012年鉆探的焦頁1 井，在涪陵地區(qū)發(fā)現(xiàn)了焦石壩龍馬溪組大型頁巖氣田，充分展示了五峰-龍馬溪組海相頁巖地層的頁巖氣資源潛力和前景。

頁巖氣資源盡管資源量豐富，有很大的勘探開發(fā)空間，但是非常規(guī)油氣資源的性質(zhì)決定了氣勘探開發(fā)的技術(shù)要求遠(yuǎn)高于常規(guī)石油天然氣。且由于中國地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是構(gòu)造演化、沉積環(huán)境、熱演化過程不同，使得不同地區(qū)頁巖氣的形成和富集均存在許多差異[2-3]。地質(zhì)理論和勘探技術(shù)仍然是制約頁巖氣大氣區(qū)（田）發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵因素。因此，深入剖析我國的頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)，可以為我國頁巖氣的規(guī)模發(fā)展提供有益的借鑒。

在如今中美貿(mào)易摩擦與激烈的競爭格局之下，能源領(lǐng)域、包括頁巖油氣領(lǐng)域的競爭在所難免，知識產(chǎn)權(quán)成為了一個繞不開的話題，也在競爭中發(fā)揮著越來越重要的戰(zhàn)略作用。

1.2 技術(shù)現(xiàn)狀

作為非常規(guī)油氣勘探的一種，頁巖氣的勘探是一項系統(tǒng)工程，涉及到地質(zhì)、工程、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境等多個方面。

在全球范圍內(nèi)，美國是目前頁巖氣開采技術(shù)領(lǐng)先、探明頁巖氣最多的國家，其頁巖氣的成藏條件也非常優(yōu)越。美國頁巖氣由南部地區(qū)的巴內(nèi)特，到海恩斯維爾，再到東部地區(qū)的馬塞勒斯，持續(xù)獲得重大發(fā)現(xiàn)，已在20 多個盆地進(jìn)行頁巖氣勘探開發(fā)。另外，阿根廷、阿爾及利亞、加拿大、墨西哥、澳大利亞的技術(shù)可采資源量、及其全球占比也均處于排名前列。

近年來，我國的頁巖氣勘探開發(fā)取得了快速發(fā)展，頁巖氣資源勘查和勘探表明，我國的頁巖氣資源主要分布于3 大相、9 個領(lǐng)域、16 個層系。其中，海相包括南方古生界（震旦系、下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)、泥盆系、石炭系），北方上古生界海相（石炭系、二疊系）；陸相包括東部斷陷盆地古近系、四川盆地及周緣上三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)、鄂爾多斯三疊系、西北地區(qū)侏羅系、東北地區(qū)白堊系；海陸過渡相包括華北地區(qū)（石炭系、二疊系）、南方二疊系。

技術(shù)市場方面，國外頁巖氣勘探技術(shù)主要參與者有?？松梨?、哈里伯頓、斯倫貝謝等公司和相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)。不同公司研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同，且形成了各自的技術(shù)布局特點(diǎn)。如哈里伯頓公司主要集中于地層測試、核磁測井、地層三相流體評價以及巖石孔隙度、滲透率、流體測試等方面；斯倫貝謝公司側(cè)重于非常規(guī)樣品吸附特性、孔隙微觀結(jié)構(gòu)以及地層流體識別評價方向。國內(nèi)頁巖氣勘探技術(shù)主要參與和開發(fā)者主要是中國石化、中國石油、高等院校等，且各主要研究機(jī)構(gòu)研究的側(cè)重點(diǎn)不同，如在地球化學(xué)方面，中科院系統(tǒng)以生烴模擬方向為主，中國石油與中國石化除了生烴模擬方面，在頁巖氣烴源巖評價方法方面也頗具研究實力。

表1 頁巖油氣勘探技術(shù)分解表

表2 一級技術(shù)檢索要素表

圖1 1990年以來全球頁巖油氣勘探技術(shù)專利申請情況

總體上看，與國內(nèi)主要技術(shù)競爭者相比，國外主要競爭者側(cè)重于油氣勘探開發(fā)密切相關(guān)的領(lǐng)域和方向，直接服務(wù)于生產(chǎn)的目的性非常明確。

2 技術(shù)分解與檢索策略

2.1 技術(shù)分解

在深入分析技術(shù)本身的基礎(chǔ)上，本次研究對頁巖油氣勘探技術(shù)進(jìn)行了合理的技術(shù)分解，以期在檢索的時候可以更全面使用關(guān)鍵詞和檢索表達(dá)式。頁巖油氣的勘探技術(shù)在二級技術(shù)方面主要包括四個分支：地球化學(xué)評價、儲層分析測試、井筒及現(xiàn)場評價以及資源評價和預(yù)測，各個技術(shù)分支也分別涵蓋不同的范圍（如表1）。

2.2 檢索策略

為保障檢索結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性，本次研究重點(diǎn)采用了以下檢索策略。

（1）三級檢索要素中英文檢索。

在檢索過程中，為了查全查準(zhǔn)，研究人員針對一（如表2）、二、三級技術(shù)進(jìn)行了中英文全面檢索。尤其在二、三級檢索中，詳細(xì)參照表1 中的技術(shù)要素，通過形式、角度、效果等多方面進(jìn)行了關(guān)鍵詞擴(kuò)展，共設(shè)置了120 余項關(guān)鍵詞，對其進(jìn)行中英文檢索，以保障各種專利撰寫形式均落入檢索范圍。在此基礎(chǔ)上，針對重點(diǎn)申請人，通過閱讀和對比，分析其頁巖油勘探技術(shù)相關(guān)專利申請是否已納入本項目的檢索范圍。

（2）有效利用分類號

檢索過程中，由于在關(guān)鍵詞的邏輯表達(dá)方面存在無法窮舉的客觀因素，本次研究充分依靠分類號來進(jìn)行彌補(bǔ)，為此本次研究在分類號的選取上同樣采取了有效的策略，盡可能地使用技術(shù)細(xì)分更多、更加全面準(zhǔn)確的CPC，通過統(tǒng)計的手段獲取最相關(guān)的分類號。為保證準(zhǔn)確率，進(jìn)一步采取了抽樣人工閱讀、刪除不相關(guān)文獻(xiàn)的措施。

本次專利檢索截止時間為2019年4月30日，檢索結(jié)果具備統(tǒng)計意義，但由于專利申請日和公開日具有一定的時間差，在統(tǒng)計圖表中可見2017 和2018年個別數(shù)據(jù)明顯下降，這是由于眾多專利未公開的緣故。

3 技術(shù)分布特征

表3 全球?qū)＠季值闹饕獓?地區(qū)

表4 全球?qū)＠l(fā)明人國際分布情況

圖2 中國專利申請趨勢

3.1 全球分布特征

經(jīng)過檢索與數(shù)據(jù)清洗，本次研究共頁巖氣勘探技術(shù)相關(guān)專利1417 件，屬于1122 個簡單同族，平均每個簡單同族中有1.3 件專利，其中包括申請公開850 件，授權(quán)公開567 件。從法律狀態(tài)的角度來看，有效專利數(shù)量為1173 件，失效專利數(shù)量244 件，有效專利包含484 件有效授權(quán)專利和689 件審查中的專利。

從申請趨勢來看，2007年以來專利的申請量總體保持上升趨勢（如圖1），2015年單個年度出現(xiàn)下降，隨即在2016年反彈并超過2014年水平。2017 和2018年的下降是因為部分專利尚處于未完全公開狀態(tài)。經(jīng)分析2015年由于西德克薩斯中間基原油（WTI）價格大幅跳水，勘探投資的下滑對專利的申請產(chǎn)生了消極影響，隨著2016年油價反彈，頁巖油氣相關(guān)專利申請量得到反彈。

從空間布局來看，全球?qū)＠季值闹饕獓液偷貐^(qū)主要包括：中國（1012 件）、美國（103 件）、加拿大（42件）、EPO（34 件）和加拿大（34 件）。這表明中國、北美地區(qū)和歐洲地區(qū)是申請人較為重視的目標(biāo)市場。中國專利在全球?qū)＠械恼急燃s為71.4%，美國專利占比約為7.3%，PCT 申請占比約為6.5%（如表3）。

從技術(shù)來源分析，全球?qū)＠l(fā)明人國籍分布中，首個發(fā)明人為中國籍的專利共有1010 件，首個發(fā)明人為美國籍的專利共有292 件，首個發(fā)明人為韓國籍的專利共有29 件，來自中國發(fā)明人和美國發(fā)明人的專利合計占比達(dá)到了91.9%，表明頁巖氣勘探技術(shù)主要掌握在中國和美國手中（如表4）。

表5 中國專利主要申請人

3.2 中國分布特征

中國專利共有1012 件，其中申請公開587 件，授權(quán)公開425 件，從法律狀態(tài)的角度來看，有效專利922 件，失效專利90 件，包含有效授權(quán)354 件和審查中的專利申請568 件。中國有效專利的占中國專利數(shù)量的91.1%，表明中國的專利儲備情況良好。

從時間來看，2009年起總體維持上升態(tài)勢（如圖2），僅在2015年時出現(xiàn)單個年度的小幅下降，但在2016年出現(xiàn)反彈，并且超過了2014年的申請量，同全球?qū)＠暾堏厔菹嗤?017 和2018年的專利申請尚未完全公開，申請趨勢曲線下降并不能說明這兩年真實申請量的下降。

從專利申請人來分析，中國石化的專利申請數(shù)量（包含發(fā)明專利和實用新型兩種專利共178 件）和發(fā)明專利數(shù)量（167 件）均為排名第一位，表明中國石化在該領(lǐng)域中處于絕對的龍頭地位。專利數(shù)量排名前15 位的專利申請人全部為國內(nèi)的企業(yè)/高校/科研院所，包括9 家高校和中科院（如表5）。

3.3 主要專利權(quán)人

從主要申請人來看，頁巖氣勘探專利申請的前20 家競爭者（如表6），主要分布在中國、美國、沙特、韓國及部門歐洲地區(qū)。從表中分析可以看出，中國專利申請的特點(diǎn)是大規(guī)模的在中國進(jìn)行專利布局，很少對外進(jìn)行布局，韓國與中國類似，而歐美則是多采用簡單同族數(shù)并不特別多的情況下，一個簡單同族下對多個國家布局的策略。

4 競爭態(tài)勢分析

4.1 全球?qū)＠麘B(tài)勢分析

自2007年以來該領(lǐng)域在全球的專利申請總體保持上升態(tài)勢，結(jié)合有效專利數(shù)量遠(yuǎn)大于失效專利數(shù)量來看，表明該技術(shù)領(lǐng)域處于快速成長的階段。中國專利在全球?qū)＠械恼急燃s為71.4%，美國專利占比約為7.3%，PCT申請占比約為6.5%。中國、北美地區(qū)和歐洲地區(qū)是申請人較為重視的目標(biāo)市場。來自中國發(fā)明人和美國發(fā)明人的專利合計占比達(dá)到了91.9%，表明頁巖氣勘探技術(shù)主要掌握在中國和美國手中。中國籍發(fā)明人的專利數(shù)量和中國專利的數(shù)量大體相當(dāng)，表明中國籍發(fā)明人在國外布局的專利數(shù)量與外國籍發(fā)明人在中國布局的專利數(shù)量大體相當(dāng)。美國籍發(fā)明人的專利數(shù)量占比全球?qū)＠?0.6%與美國專利數(shù)量占全球?qū)＠麛?shù)量7.3%表明美國向美國以外的地區(qū)布局了大量專利。

中國的多家企業(yè)、高校、科研院所擁有較強(qiáng)的專利技術(shù)實力，包括中國石化、中國石油、中國石油大學(xué)、西南石油大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、中國科學(xué)院和成都創(chuàng)源油氣技術(shù)開發(fā)有限公司等?？鐕髽I(yè)方面，?？松梨?、斯倫貝謝、哈里伯頓、康菲、貝克休斯、雪弗龍、沙特阿拉伯石油和殼牌等國際知名油企也擁有較強(qiáng)的競爭力。

表6 頁巖氣勘探技術(shù)專利申請數(shù)量排名前20 位的主要競爭者

從IPC 分類的角度來看，排名前五位的IPC 分類號下均有超過100 件專利，E21B 49/00（測試井壁的性質(zhì)；地層測試；專用于地表鉆進(jìn)或鉆井以便取得表土或井中液體試樣的方法或設(shè)備），G01N 15/00（測試顆粒的特性；測試多孔材料的滲透性，孔隙體積或者孔隙表面積），G01N 7/00（通過測量氣體或蒸氣的壓力或體積分析材料），G01N 33/00（特殊方法來研究或分析材料）和G01V 1/00（地震學(xué)；地震或聲學(xué)的勘探或探測）。

4.2 中國專利態(tài)勢分析

中國頁巖油氣勘探技術(shù)相關(guān)專利共有1012 件，包含申請公開587 件，授權(quán)公開425 件；包含有效授權(quán)354件、審查中專利申請568 件和失效專利90 件。有效專利與失效專利比為9：1，表明中國的專利儲備情況良好。因中國專利占全球?qū)＠壤^高，與全球?qū)＠暾堏厔荽篌w相同，總體保持上升態(tài)勢。

中國石化的專利申請數(shù)量（包含發(fā)明專利和實用新型兩種專利共227 件）和發(fā)明專利數(shù)量（213 件）均為排名第一位，表明中國石化在該領(lǐng)域中處于絕對的龍頭地位。專利數(shù)量排名前20 位的專利申請人中，前19 位為國內(nèi)的企業(yè)/高校/科研院所，包括12 家高校和中科院，這表明中國存在較大的校企合作空間。

從IPC 分類角度來看，排名前四位的E21B 49/00（測試井壁的性質(zhì)；地層測試；專用于地表鉆進(jìn)或鉆井以便取得表土或井中液體試樣的方法或設(shè)備）、G01N 15/00（測試顆粒的特性；測試多孔材料的滲透性，孔隙體積或者孔隙表面積）、G01N 7/00（通過測量氣體或蒸氣的壓力或體積分析材料）和G01N 33/00（特殊方法來研究或分析材料）的合計占比超過了50%。

5 存在問題與建議

中國關(guān)于頁巖氣勘探技術(shù)的有效專利申請數(shù)量是美國專利的接近10 倍，遠(yuǎn)領(lǐng)先于競爭對手國家，甚至遠(yuǎn)超大部分競爭對手國家的全部專利數(shù)量，專利儲備充足?？梢钥闯鲋袊鄬τ谄渌偁帉κ制鸩铰酝恚鲩L態(tài)勢迅猛。

但是，值得指出的是：

（1）中國的專利數(shù)量雖然眾多，但海外布局很少，這會導(dǎo)致國外企業(yè)在國外免費(fèi)使用其技術(shù)的威脅，而高價值的專利技術(shù)僅在中國境內(nèi)對以中國企業(yè)為主體的行業(yè)競爭者形成限制。因此，我國申請人在申請專利的時候，應(yīng)當(dāng)參考國際龍頭企業(yè)經(jīng)驗，對技術(shù)和專利進(jìn)行梳理，從適應(yīng)性、易保護(hù)性、經(jīng)濟(jì)價值方面考慮，有選擇地捆綁專利，在海外進(jìn)行布局。

（2）中國有相當(dāng)數(shù)量的專利申請屬于實驗室內(nèi)的分析方法，是競爭對手不容易獲取的技術(shù)信息，申請專利的必要性不高。因為即使獲得授權(quán)，如果競爭對手在己方實驗室采用相關(guān)方法，也很難發(fā)覺和采取相關(guān)措施，這樣的專利申請通常無法起到對技術(shù)的有效的保護(hù)。因此，不提倡將單純的實驗室分析方法申請專利，而建議通過實驗方法與設(shè)備的一體化進(jìn)行專利布局。

（3）建議相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)設(shè)立專項基金，將技術(shù)和裝備引進(jìn)相結(jié)合，對專利技術(shù)成果進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化和運(yùn)用，實現(xiàn)創(chuàng)新與創(chuàng)效的一體化。同時，要大力推廣國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，并積極參與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，將我國在該領(lǐng)域的優(yōu)勢競爭力更加具體化、有形化。