海洋钻采水下井口系统专利分析

滕浩

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心

采用水下生产系统进行深海油气开发是目前的发展趋势，而水下井口系统是水下生产系统的最核心部分。本文从专利的角度出发，确定了海洋水下井口装备的重要分支，包括连接器、井口阀组、悬挂器和防喷器，并分析了各分支在国内外的专利布局情况以及来华布局情况，基于分析结果给出了几点我国在该领域发展的建议。

1概述

海洋油气勘探开发是石油开采的一个重要分支，是陆地石油勘探开发的延续，其占油气开采总量的40%左右。目前海洋油气勘探开发主要集中在近海的大陆架附近，如波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾，开采时主要利用钻井平台作为作业场地，但是钻井平台造价高，且受海水深度制约，一般用于浅海领域。随着不断的开采浅海石油的储量逐渐减少，进入深海进行油气的勘探开发势在必行。为适应深水油气田开发，国外学者首先提出水下生产系统的概念，即不需要采油平台一直服务于海洋油气田，只需将海底油气资源通过水下井口、水下采油树和水下管汇撬等设备开采，并集中至储油罐定时运送或者将海底油气资源通过完井立管或海底管道直接输送到采油平台。

水下井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要装备单元，其主要功能是有效控制来自海底井口的工作压力，保证海底油气按照设定的流速和流量输送到海底油气集输处理系统，并最终输送到采油平台及海岸线上。长期以来，水下井口和采油装备受西方发达国家的技术垄断，包括我国在内的许多发展中国家只能依赖于进口来实施海洋油气田的开发建设，这不仅增加了海洋油气资源的开采成本，而且往往受交货期、服务和配件供应等因素制约，严重影响了我国海洋油气资源的开发进度。因此海洋水下井口和采油装备必将成为我国深海石油开采战略的重点研发对象。

2水下井口关键技术分析

水下井口关键技术主要包括连接器、井口阀组、悬挂器和防喷器，连接器用以实现水下井口系统与隔水导管的连接；井口阀组用于控制水下井口系统中流体的通断；悬挂器用于实现海洋钻采管柱在井口处的悬挂；水下防喷器在发生溢流、井涌、井喷等紧急状况时可迅速关井。海洋钻采水下井口系统技术现处于一个快速发展期，美国、英国、挪威和中国是该领域重要的来源国和流向国，全球申请中美国申请人占据行业主导地位。我国的发展起步较晚，2007年之后申请量有了快速增长，但研发和布局都不均衡，同时以国内申请为主，国际布局十分有限。申请人除中海油、中石油外，以高校和科研院所为主，与国外相比技术积累薄弱，创新能力不足，且研究领域窄，技术分支覆盖不全面。

2.1连接器

水下井口连接器的研究重点主要有提高密封性、实现快拆快接、抗拉抗弯、精准对接、提高连接强度以及适应特殊工艺。水下井口连接器中的卡箍连接技术是该领域的核心，也是研究热点和未来发展的重要方向，卡箍连接的关键技术在于卡接结构和密封件的改进，以美国韦特柯格雷和卡梅伦公司为代表的国外申请人在卡箍连接改进的关键技术上优势明显，其技术演进及积累较为成熟，产品已占领主要市场。国内在卡箍连接的核心技术上差距明显，研究重点在于卡箍连接的驱动装置和整体结构的适应性改进。

2.2井口阀组

阀门结构布置和阀门控制是水下采油树阀组的核心技术，其中通过改进结构来提高阀门流体处理性能以及通过阀门控制的改进实现阀门方便快捷操作是研究热点；水下采油树阀组的技术发展呈现出功能多样、安全稳定和智能控制的发展趋势。以美国卡梅伦公司为代表的国外申请人在阀门结构布置和阀门控制方面进行了多角度专利布局，优势明显；国内专利申请主要集中在阀门结构布置和阀门辅助部件两方面，并且以实用新型为主，发明专利较少且授权率低，专利的技术水平也相对较低，尤其是在水下阀门控制方面与国外大公司有较大差距。

2.3悬挂器

悬挂器设计是水下井口头的核心技术，其中通过悬挂结构设计提高密封和承压能力是研究热点，水下井口悬挂器技术整体呈现从机械固定到液压可调再到多功能一体化固定的发展趋势。目前国内申请与国外申请在整体的研究热点和专利申请重点上相一致，但专利价值上我国与国外相比仍存在很大的差距，国外大公司在悬挂器技术的各技术分支上均有研究成果和专利布局，而国内创新主体的研究领域较窄，仅偏重一两个方面。

2.4防喷器

防喷器控制方法、液压驱动件蓄能器和闸板防喷器是水下防喷器的核心技术，提升控制安全性、蓄能器轻量小型化和闸板防喷器性能改进是研究热点，以美国卡梅伦公司和海德里尔公司为代表的国外申请人在这方面研究成果颇丰，专利布局完善；该领域中国起步晚，近年来，虽申请数量上涨明显，但研发重点主要在于技术附加值较低的辅助部件技术分支，在核心技术上申请量较少。

3建议与展望

（1）抓住关键期快速发展，实现自主研发。目前海洋钻采水下井口技术处于一个快速发展期，国内方面，黄海、东海、南海的海上油气田处在大规模勘探和开发期，发展势头强劲，这为国内海洋钻采水下井口技术的发展带来了机遇；但由于我国市场巨大，国外来华申请的竞争性布局日趋明显，在这机遇和挑战并存的关键时期，我国应抓住关键期快速发展，以国外先进技术为借鉴，实施自主研发，争取在这一关键期实现技术发展的突破。

（2）加大关键核心技术的研发投入，打破核心技术壁垒。总体上看，目前国内水下井口系统的研发集中于改进难度小且相对基础的结构改进和辅助部件改进，而在关键技术方面存在很大不足，如水下井口阀组的研发重结构轻控制，水下连接在卡箍卡接结构和密封件方面存在不足，水下悬挂器在控制系统方面存在短板。对此，我国应加大关键核心技术的研发和相关人才培养及资金投入，将研发重点逐渐从适应性改进向核心技术改进倾斜，在水下井口连接方面应着重加强卡接结构、密封件的研发，在水下悬挂器方面应侧重于悬挂结构设计和控制系统的研发，在水下井口阀组方面应加强控制制技术的研发，在水下防喷器方面则要加强液压驱动件蓄能器和防喷器控制方法的研发。此外，国内创新主体应密切关注行业领先申请人的研发及专利申请动态，为自主研发提供借鉴和指导，力争早日在核心技术上打破国外在华的专利壁垒。

（3）利用国内创新主体的互补性，通过联合研发和联合申请提高整体竞争力。国内各创新主体在各技术分支上的研发虽然都不全面，但各有优势技术，且互相之间存在优势技术的互补性，针对这种情况，国内创新主体在自己优势领域提高研发深度的基础上，应加强相互间的借鉴与联合，通过联合研发和专利的联合申请提高国内创新主体的整体竞争能力。

（4）借助外围技术发力，争取弯道超车。随着海洋油气开采不断向深水、超深水发展，对于水下井口系统的用材选材要求不断提高，另外传感器技术的飞速发展使得油气开采的智能化成为可能。在这样的背景下，国内创新主体可借助和整合新材料、传感器等与水下井口系统密切相关的外围技术，为水下井口系统的研发寻找突破口，实现弯道超车。

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