随钻声波测井技术专利分析

王国平

(中国石油集团测井有限公司 陕西西安)

随钻声波测井技术专利分析

王国平

(中国石油集团测井有限公司 陕西西安)

文章在专利数据数理统计基础上,分析了随钻声波测井专利技术的发展趋势。针对钻铤直达波及钻井噪声等不利因素对随钻声波测井的干扰影响,从专利的角度分析了相应的解决方案。

随钻声波测井;专利统计;趋势分析

0 引 言

自上世纪90年代投入商业化应用以来,随钻声波测井技术得到迅速发展。根据随钻声波测井数据能够描述井眼周围地层的力学和流体特性,从而提高钻井稳定性,为钻井作业安全施工决策及地层评价提供重要参考[1]。国外斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯公司分别推出了新的随钻声波测井仪,如sonicVISION、BAT和APX等,国内也正在开展相关技术的研究工作。

专利信息利用对于技术研发具有重要意义。据世界知识产权组织统计,全球90%以上的创新信息都是以专利文献的形式公开出来的。因此,本文将首先进行专利文献检索及数据统计分析,以了解随钻声波测井技术发展趋势和专利申请的技术方案所涉及的主要技术领域等。与电缆测井相比,声波传播效率很高的钢结构钻铤及其它复杂的井眼环境对随钻声波测井仪的测量结果影响很大,本文随后将对重要专利文献的主要技术特征进行分析,了解针对这些干扰问题的专利技术解决方案,为国内开展随钻声波测井技术研究提供参考。

1 专利统计分析

1.1 专利技术趋势分析

根据专利检索词“随钻测井”、“声波”以及主要国际专利分类号“G01V1、E21B47”制定出专利检索策略 ,通过德温特专利数据库,检索到近20年随钻声波测井专利数据共1755件。图1所示是依据专利统计数据绘制的专利数量逐年变化曲线,图中的横轴为专利申请年份,纵轴为专利件数。

图1 近20年随钻声波测井专利数量逐年变化趋势(按专利申请日统计数据)

随钻声波测井专利趋势曲线显示,本领域的技术生命周期目前正处于一个完全成熟阶段,其研发活动非常活跃。从2000年到2009年,专利的年平均申请量保持在90件以上。这里要特别说明的是,由于专利申请日与公开日之间存在一定时间的延迟,因此图中2010年专利数量下降并不表示本年度专利实际申请数量。

1.2 专利技术构成分析

为了解本领域专利技术分布情况,这里以国际专利分类号(IPC小组)为对象进行数理统计分析。表1为随钻声波测井专利IPC统计数据。

根据国际专利主分类号(IPC)的统计数据分析,随钻声波测井专利申请的技术方案主要集中于以下领域:

1)E21B小类,包括以下两个大组:①E21B47/00大组的E21B47/01小组、E21B47/01P小组、E21B47/ 022小组、E21B47/04小组、E21B47/08小组、E21B47/12小组、E21B47/16小组和 E21B47/18小组。②E21B49/00大组。

表1 随钻声波测井专利IPC统计数据

2)G01V小类,包括以下两个大组:①G01V 1/00大组的G01V1/40小组、G01V1/44小组、G01V1/46小组、G01V1/48小组、G01V1/50小组和 G01V1/52小组。②G01V11/00大组。

1.3 专利技术分布情况分析

表2列出了随钻声波测井的专利技术分布统计数据。其中,专利技术特征及技术方案涉及随钻声波测井仪的声系结构的专利数量最多,占总专利申请量的33%以上。专利数量列第二位的是声波换能器材料及结构,占总专利申请量的27.9%。声场特性模拟及数据采集处理的专利数量分别占总专利申请量的11%以上。井下波列处理方法的专利数量占总专利申请量的7%以上。隔声体材料及结构的专利数量占总专利申请量的4%左右。

表2 随钻声波测井专利技术分布统计

2 重要专利文献分析

由于专利申请及维护费用较高,专利权人通常只将技术含量高的专利在不同国家申请多个同族专利保护,因此,同族专利量和引证数据量都是判断基本专利的主要指标。表3列出了在随钻声波测井技术领域,同族专利量和引证数据量较高的部分基本专利。

1)在随钻声波测井过程中,金属结构的钻铤及复杂井下噪声环境给声波测量带来极大挑战,主要是因为沿钻铤传播的直达波及钻井噪声都对地层声波信号测量结果产生大的干扰。为解决这方面的问题,在声系结构及换能器方面产生了多项专利技术。如,斯伦贝谢公司的专利US5753812公开了一种声波换能器,采用钛酸铅或偏铌酸铅材料制成长5.08 cm、横截面积0.65 cm2的压电陶瓷元件,将24个这种具有高压电容量常数的压电陶瓷元件压制到环形弹性体内。将环形弹性体固定在钻铤外侧的凹槽中,并受到外壳保护。在每个压电陶瓷元件外面的保护外壳上都有对应的透声窗。当声波换能器用作发射器时,产生不依赖于方位的单极波,使得沿钻铤传播的直达波的振幅较小,从而抑制了其对地层声波信号的干扰。由于井下噪声主要以多极波的形式传播,当声波换能器用作接收器时,单极环形接收器消除或抑制多极波,因此减少 了噪声对声波测量数据的影响[2]。

表3 随钻声波测井基本专利的专利族和专利引证数据统计

另外,贝克休斯公司的专利WO2000003269A1、哈里伯顿公司的专利US5678643A等,也都是通过各自不同的声系结构设计来抑制或消除直达波、降低噪声信号。斯伦贝谢公司的专利US5387767A对用作发射器和接收器的声波换能器的结构及材料都进行了特殊设计,可提供多种声波发射/接收模式,以满足不同地层条件下的随钻声波测井需求。哈里伯顿公司的专利US20060000665A1公开的一种隔声体结构能有效抑制直达波对地层声波测量信号的干扰。

2)现有的随钻数据遥传技术限制了大数据量的随钻声波测井数据从井下向地面的传输速率,从而影响到钻井作业实时决策。安娜钻井公司的专利G B2333155A 及贝克休斯公司的专利US20050226098A1分别采用不同的井下波列处理技术,将获取的随钻声波测量数据在井下处理后,再上传地面,及时为钻进作业提供参考数据。

3 结论与建议

1)专利数据分析结果显示,随钻声波测井技术目前正处于发展成熟期,技术创新活动主要集中在压电元件改进设计及材料研究、声波换能器及声系结构改进设计、隔声体结构设计及材料研究、井下波列处理及数据采集处理方法等方面。

2)专利族和专利引证数据分析结果显示,国外各大服务公司的随钻声波测井研发工作已开展多年,在时间轴上具有较强的技术延续性。多年来产生的大量同族专利将重要专利技术在时域和地域等全方位保护起来。

3)国内在随钻声波研发工作中,应充分利用和消化吸收专利技术,提高研发起点和研究效率,并及时将创新技术申请专利保护,逐步建立起自己的专利保护网。

[1] Jeff Alford,Roger B.G oobie,G olin M.Sayers,等.随钻声波测井新技术[J].国外测井技术,2007,22(1)

[2] ARON JEFFREY.US Patent 5753812,Transducer for sonic logging-while-drilling[P].US Patent 5753812,1998

Wang Guopin.Patent analysis for the acoustic logging while drilling technology.PI,2010,24(4):1～3

Based on patent data statistics,the writer analyses trends in acoustic logging-while-drilling(LWD)technology,and introduces patent’s approaches used to cancel or suppress interferences such as collar arrivals and drilling noise signals.

acoustic logging-while-drilling(LWD);patent statistics;trend analysis

P631.8+1

B

1004-9134(2010)04-0001-03

王国平,男,1963年生,高级工程师,1984年毕业于西安石油学院测井仪器专业。现在中国石油集团测井有限公司从事技术管理及研发工作。邮编:710077

2010-08-01 编辑:姜 婷)