摘 要：水下防喷器是海洋钻井最重要的井控设备，为满足不断增加的水深，必须不断研制与发展耐高压、密封性能好的防喷器。水下防喷器领域全球申请美国占据绝对优势，国内对水下防喷器方面的研究的起步较晚，国外的申请人更关注蓄能器、控制方法等方面，而我国申请人主要重视辅助部件相关技术的研究。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。
关键词：水下防喷器；蓄能器；闸板防喷器；专利分析
1 全球专利申请态势分析
本节将从总体角度，在全球和国内两个层面对水下防喷器相关的专利申请加以整理分析，以期通过对全球专利申请的分析来掌握全球范围内水下防喷器的发展态势，通过国外来华申请分析掌握外国企业在我国的专利布局情况，通过国内专利申请分析发现我国企业在水下防喷器研发的参与程度、优势以及不足之处。
1.1全球专利申请趋势分析
水下防喷器技术全球的专利申请始于二十世纪六十年代，在二十一世纪以前，水下防喷器技术的年均申请量不超过10项，处于发展的萌芽期，主要原因是对于油气资源的需求量不大，陆上油气资源已能够满足需要，国内外学者并未涉足于海上油气资源；从2000-2009年，水下防喷器技术的专利申请数量稳步提升，年均申请量处于10-20项之间，处于发展的波动期，这一阶段海上油气的开采处于摸索尝试阶段；2010年以后，由于陆上油气资源已然开采殆尽，国内外各大油气公司将目光纷纷投向海洋油气资源，作为海洋油气开采的关键部件水下防喷器成为发展的热点技术，水下防喷器技术领域申请量相应地爆发式增长。
1.2全球专利申请主要区域分布
通过优先权，能够有效地判断水下防喷器技术来源。以美国（US）专利申请为优先权的申请量占据67.97%位居第一。中国作为水下防喷器技术领域全球第二大技术来源国，在该技术领域颇有研究。一方面是由于我国对油气资源的需求日益剧增，陆上资源已经无法满足，另一方面是我国海域广阔，具备丰富的海洋油气资源，故海洋钻采设备方面的研究刻不容缓。另外，北欧五国之一的挪威因濒临大西洋和北冰洋，得天独厚的地理位置使其具备丰富的海洋油气资源，故其在水下防喷器技术领域也有一定的研究。
1.3全球专利申请的申请人分析
来自美国的卡梅伦（Cameron）公司关于水下防喷器技术的申请量最大，达到了71项；同样来自美国的海德里尔（Hydril）公司和来自瑞士的越洋（Transocean）创新实验室有限公司分别以61项和22项位居第二、三位。水下防喷器技术领域的两大巨头卡梅伦（Cameron）公司和海德里尔（Hydril）公司在防喷器结构设计、驱动装置、控制方法和辅助部件四个技术分支都有所研究，发展较为均衡，其中卡梅伦公司尤其在水下防喷器的蓄能器方面研究卓有成效，而海德里尔公司则将研发重点放在水下防喷器的控制方法上，二者在各技术分支上发展较为均衡，又都各有侧重；其余主要申请人中，斯伦贝谢与海德里尔公司相似，在各技术分支上均有所涉猎，关于水下防喷器的控制方法较为侧重。
1.4全球专利申请的技术构成分析
水下防喷器的结构设计仅在该领域的发展初期是研发重点，随着油气开采深度的不断加深，研究重点开始转向技术附加程度较高的驱动装置和控制方法，而辅助部件作为与水下防喷器配合使用的必备部件，近年来得到了很大程度的关注，故各申请人在辅助部件技术分支的申请量也占据较大比例。从水下防喷器技术专利申请的技术功效来看，安全性和密封性好坏是评价水下防喷器质量的重要指标，因此在这两个技术功效上的专利申请量最大。另外，辅助部件的效率高低、结构设计中闸板防喷器的剪切力大小和驱动装置中蓄能器是否轻量小型化均是各申请人的关注重点，相关专利申请数量较多。
2 在华专利申请状况分析
国外来华专利申请主要来自美国，挪威、法国、荷兰、英国等国家的专利申请也有一定量的来华布局。其中仅美国就提交了64件专利申请，占到了国外来华专利申请总量的72%，主要涉及的技术主题有闸板BOP、阀及连接器组件、蓄能器、控制方法等。由此可见，美国更加关注中国市场，在国内进行了大量的专利布局。
外国的申请人更关注蓄能器、控制方法等方面，对于蓄能器、控制方法等外国研究的技术热点，中国的申请数量并不多，这主要是由于蓄能器的关键技术掌握在美国的手中，中国在蓄能器、控制方法等方面要想取得突破还需技术积累。
3技术发展脉络分析
（一）全球水下防喷器技术发展路线
随着陆地资源的日益枯竭，石油天然气开采已经逐渐由陆地转移到海洋。海洋钻采漏油事件频繁发生，对人身财产照成巨大损失，并且造成了环境污染与油气资源的浪费，海洋钻井与陆地钻井相比，环境更加艰苦，技术要求更高。在2000年之前，水下防喷器主要是围绕密封性、安全性等方面进行研究，各大公司相继对闸板BOP、环形BOP等多方面进行改进，提高水下防喷器的密封性等性能。二十一世纪初，为提高蓄能器的效率，减少蓄能器的个数，水下防喷器的蓄能器组件向轻量小型化组件发展，以实现最大利益。而关于水下防喷器的控制方法更是研究的重点。
闸板BOP的研究一直集中于密封性和剪切力上，2000年之前，主要是针对管段剪切后废渣会影响防喷器的密封性的研究，随后又从材料、刀片的形状、刀片的驱动方式等多个方面进行研究来提高剪切力。环形BOP方面，主要是改进防喷器的结构、材料来提高密封性和防止变形。而蓄能器方面，在极端水深处使用传统的蓄能器需要大的集料蓄能器体积，这增加了整个海底设备组件的尺寸和重量，各个公司在蓄能器方面一直致力于从温度补偿、压力补偿等多个提高蓄能器预充效率，从而减少蓄能器的个数。在控制方法方面，海德里尔（HYDRIL）公司在海底控制模块，测试方法，闸板防喷器的活塞位置检测等多个方面均有研究。
（二）水下蓄能器小型化/轻量化技术发展脉络及重要专利分析
自美国于上世纪六十年代第一次成功应用水下井口以来，水下生产技术得以迅速发展，蓄能器主要是为水下防喷器提供动力，HYDRIL、CAMERON等公司均对蓄能器有较深的研究。在极端水深处使用传统的蓄能器需要大的蓄能器体积，这增加了整个海底设备组件的尺寸和重量。然而，海上钻井平台继续在越来越远的海上钻井，以钻进越来越深的水域。由于操作的不断增加，传统的蓄电池在现有堆叠框架内的数量和位置方面变得难以管理。对蓄能器的研究主要是集中于提供蓄能器的预充效率，减少蓄能器的个数等方面。在蓄能器的研究初期，主要是通过连通海水以及改变活塞直径差异来增强压力的方式来提高蓄能器的效率。随着对海洋油气开发的深入，对蓄能器的性能要求越来越高，主要是通过将开口室与低压气室连接从而减小活塞的推动力的方式来提高效率，从而实现蓄能器的轻量小型化，而针对低压气室的压力恢复方面，HYDRIL公司也有较多的研究。此外，也有采用电动泵装置储存电能代替蓄能器中压缩气体储存能量、固定氧化物点燃后产生气体、采用SNA材料替代气体作为驱动力等新型方式来实现蓄能器的轻量小型化。
（三）海德里尔（HYDRIL）公司技术发展脉络
海德里尔（HYDRIL）公司在海洋开发行业占有重要地位，其为水下防喷器技术带来了革命性的进步，从水下防喷器技术初期到现在专利均匀分布。下面，从技术角度，剖析HYDRIL公司的技术研发演进脉络和最新研发动向，探究HYDRIL公司成功的奥秘所在。超深水海域钻井远离岸边、作业区海况非常复杂，抢险、逃生及救援极为困难。因此，钻井作业过程中一旦发生井喷或在台风等紧急情况下临时撤离时要求水下防喷器组及其控制系统能够安全可靠地控制住井口及井内流体，确保人员及设备财产的安全。2004年之前，HYDRIL公司致力于研究防喷器的密封性，以能够成功封堵井涌为主。在对闸板BOP的研究上投入更多的精力，从闸板的材料、刀片的形状、刀片的表面积等多个方面来增强闸板的剪切力。而蓄能器方面，在极端水深处使用传统的蓄能器需要大的集料蓄能器体积，这增加了整个海底设备组件的尺寸和重量，HYDRIL在蓄能器方面一直致力于从温度补偿、压力补偿等多个方面提高蓄能器预充效率，从而减少蓄能器的个数，进而降低整个海底设备组件的尺寸和重量。
4 小结
水下防喷器是海上钻完井作业的关键装备，且深水防喷器受到海水静压力、海底低温等多方面的影响，为满足不断增加的水深，必须不断研制与发展耐高压、密封性能好的防喷器。水下防喷器全球布局美国居首，美国的卡梅伦（Cameron）公司领衔四大巨头优势明显，中国申请起步很晚，基本没有形成技术支撑。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。
参考文献
[1]水下井口与采油树应用技术研究[M]，中国石油大学出版社，雒晓康著，2014年6月