王國平

(中國石油集團測井有限公司 陜西西安)

隨鉆聲波測井技術專利分析

王國平

(中國石油集團測井有限公司 陜西西安)

文章在專利數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計基礎上,分析了隨鉆聲波測井專利技術的發(fā)展趨勢。針對鉆鋌直達波及鉆井噪聲等不利因素對隨鉆聲波測井的干擾影響,從專利的角度分析了相應的解決方案。

隨鉆聲波測井;專利統(tǒng)計;趨勢分析

0 引 言

自上世紀90年代投入商業(yè)化應用以來,隨鉆聲波測井技術得到迅速發(fā)展。根據(jù)隨鉆聲波測井數(shù)據(jù)能夠描述井眼周圍地層的力學和流體特性,從而提高鉆井穩(wěn)定性,為鉆井作業(yè)安全施工決策及地層評價提供重要參考[1]。國外斯倫貝謝、哈里伯頓和貝克休斯公司分別推出了新的隨鉆聲波測井儀,如sonicVISION、BAT和APX等,國內(nèi)也正在開展相關技術的研究工作。

專利信息利用對于技術研發(fā)具有重要意義。據(jù)世界知識產(chǎn)權組織統(tǒng)計,全球90%以上的創(chuàng)新信息都是以專利文獻的形式公開出來的。因此,本文將首先進行專利文獻檢索及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,以了解隨鉆聲波測井技術發(fā)展趨勢和專利申請的技術方案所涉及的主要技術領域等。與電纜測井相比,聲波傳播效率很高的鋼結構鉆鋌及其它復雜的井眼環(huán)境對隨鉆聲波測井儀的測量結果影響很大,本文隨后將對重要專利文獻的主要技術特征進行分析,了解針對這些干擾問題的專利技術解決方案,為國內(nèi)開展隨鉆聲波測井技術研究提供參考。

1 專利統(tǒng)計分析

1.1 專利技術趨勢分析

根據(jù)專利檢索詞“隨鉆測井”、“聲波”以及主要國際專利分類號“G01V1、E21B47”制定出專利檢索策略 ,通過德溫特專利數(shù)據(jù)庫,檢索到近20年隨鉆聲波測井專利數(shù)據(jù)共1755件。圖1所示是依據(jù)專利統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制的專利數(shù)量逐年變化曲線,圖中的橫軸為專利申請年份,縱軸為專利件數(shù)。

圖1 近20年隨鉆聲波測井專利數(shù)量逐年變化趨勢(按專利申請日統(tǒng)計數(shù)據(jù))

隨鉆聲波測井專利趨勢曲線顯示,本領域的技術生命周期目前正處于一個完全成熟階段,其研發(fā)活動非?；钴S。從2000年到2009年,專利的年平均申請量保持在90件以上。這里要特別說明的是,由于專利申請日與公開日之間存在一定時間的延遲,因此圖中2010年專利數(shù)量下降并不表示本年度專利實際申請數(shù)量。

1.2 專利技術構成分析

為了解本領域?qū)＠夹g分布情況,這里以國際專利分類號(IPC小組)為對象進行數(shù)理統(tǒng)計分析。表1為隨鉆聲波測井專利IPC統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

根據(jù)國際專利主分類號(IPC)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析,隨鉆聲波測井專利申請的技術方案主要集中于以下領域:

1)E21B小類,包括以下兩個大組:①E21B47/00大組的E21B47/01小組、E21B47/01P小組、E21B47/ 022小組、E21B47/04小組、E21B47/08小組、E21B47/12小組、E21B47/16小組和 E21B47/18小組。②E21B49/00大組。

表1 隨鉆聲波測井專利IPC統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2)G01V小類,包括以下兩個大組:①G01V 1/00大組的G01V1/40小組、G01V1/44小組、G01V1/46小組、G01V1/48小組、G01V1/50小組和 G01V1/52小組。②G01V11/00大組。

1.3 專利技術分布情況分析

表2列出了隨鉆聲波測井的專利技術分布統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其中,專利技術特征及技術方案涉及隨鉆聲波測井儀的聲系結構的專利數(shù)量最多,占總專利申請量的33%以上。專利數(shù)量列第二位的是聲波換能器材料及結構,占總專利申請量的27.9%。聲場特性模擬及數(shù)據(jù)采集處理的專利數(shù)量分別占總專利申請量的11%以上。井下波列處理方法的專利數(shù)量占總專利申請量的7%以上。隔聲體材料及結構的專利數(shù)量占總專利申請量的4%左右。

表2 隨鉆聲波測井專利技術分布統(tǒng)計

2 重要專利文獻分析

由于專利申請及維護費用較高,專利權人通常只將技術含量高的專利在不同國家申請多個同族專利保護,因此,同族專利量和引證數(shù)據(jù)量都是判斷基本專利的主要指標。表3列出了在隨鉆聲波測井技術領域,同族專利量和引證數(shù)據(jù)量較高的部分基本專利。

1)在隨鉆聲波測井過程中,金屬結構的鉆鋌及復雜井下噪聲環(huán)境給聲波測量帶來極大挑戰(zhàn),主要是因為沿鉆鋌傳播的直達波及鉆井噪聲都對地層聲波信號測量結果產(chǎn)生大的干擾。為解決這方面的問題,在聲系結構及換能器方面產(chǎn)生了多項專利技術。如,斯倫貝謝公司的專利US5753812公開了一種聲波換能器,采用鈦酸鉛或偏鈮酸鉛材料制成長5.08 cm、橫截面積0.65 cm2的壓電陶瓷元件,將24個這種具有高壓電容量常數(shù)的壓電陶瓷元件壓制到環(huán)形彈性體內(nèi)。將環(huán)形彈性體固定在鉆鋌外側的凹槽中,并受到外殼保護。在每個壓電陶瓷元件外面的保護外殼上都有對應的透聲窗。當聲波換能器用作發(fā)射器時,產(chǎn)生不依賴于方位的單極波,使得沿鉆鋌傳播的直達波的振幅較小,從而抑制了其對地層聲波信號的干擾。由于井下噪聲主要以多極波的形式傳播,當聲波換能器用作接收器時,單極環(huán)形接收器消除或抑制多極波,因此減少 了噪聲對聲波測量數(shù)據(jù)的影響[2]。

表3 隨鉆聲波測井基本專利的專利族和專利引證數(shù)據(jù)統(tǒng)計

另外,貝克休斯公司的專利WO2000003269A1、哈里伯頓公司的專利US5678643A等,也都是通過各自不同的聲系結構設計來抑制或消除直達波、降低噪聲信號。斯倫貝謝公司的專利US5387767A對用作發(fā)射器和接收器的聲波換能器的結構及材料都進行了特殊設計,可提供多種聲波發(fā)射/接收模式,以滿足不同地層條件下的隨鉆聲波測井需求。哈里伯頓公司的專利US20060000665A1公開的一種隔聲體結構能有效抑制直達波對地層聲波測量信號的干擾。

2)現(xiàn)有的隨鉆數(shù)據(jù)遙傳技術限制了大數(shù)據(jù)量的隨鉆聲波測井數(shù)據(jù)從井下向地面的傳輸速率,從而影響到鉆井作業(yè)實時決策。安娜鉆井公司的專利G B2333155A 及貝克休斯公司的專利US20050226098A1分別采用不同的井下波列處理技術,將獲取的隨鉆聲波測量數(shù)據(jù)在井下處理后,再上傳地面,及時為鉆進作業(yè)提供參考數(shù)據(jù)。

3 結論與建議

1)專利數(shù)據(jù)分析結果顯示,隨鉆聲波測井技術目前正處于發(fā)展成熟期,技術創(chuàng)新活動主要集中在壓電元件改進設計及材料研究、聲波換能器及聲系結構改進設計、隔聲體結構設計及材料研究、井下波列處理及數(shù)據(jù)采集處理方法等方面。

2)專利族和專利引證數(shù)據(jù)分析結果顯示,國外各大服務公司的隨鉆聲波測井研發(fā)工作已開展多年,在時間軸上具有較強的技術延續(xù)性。多年來產(chǎn)生的大量同族專利將重要專利技術在時域和地域等全方位保護起來。

3)國內(nèi)在隨鉆聲波研發(fā)工作中,應充分利用和消化吸收專利技術,提高研發(fā)起點和研究效率,并及時將創(chuàng)新技術申請專利保護,逐步建立起自己的專利保護網(wǎng)。

[1] Jeff Alford,Roger B.G oobie,G olin M.Sayers,等.隨鉆聲波測井新技術[J].國外測井技術,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

王國平,男,1963年生,高級工程師,1984年畢業(yè)于西安石油學院測井儀器專業(yè)?，F(xiàn)在中國石油集團測井有限公司從事技術管理及研發(fā)工作。郵編:710077

2010-08-01 編輯:姜 婷)