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基于专利分析的浮式生产储油卸油装置生产系统发展研究.pdf
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1、NAVIGATIONOFCHINASep.20232023年9 月Vol.46 No.3中第46 卷第3期海国航文章编号:10 0 0-46 53(2 0 2 3)0 3-0 0 49-10基于专利分析的浮式生产储油卸油装置生产系统发展研究郑锦绣,盛盛永祥,吴洁1.2(1.江苏科技大学经济管理学院,江苏镇江2 12 0 0 3;2.江苏科技大学海洋装备研究院,江苏镇江2 12 0 0 3)摘要:在海洋强国战略实施背景下,浮式生产储油卸油装置(FloatingProduction Storage andOffloading,FPSO)对深远海及海上边际油气田的勘测与开发有着重要意义。基于PatS
2、nap专利数据平台,从时间态势、地域分布、重要申请人和核心技术分类等角度对FPSO生产系统领域专利技术的演化路径进行分析,研究结果表明:FPSO生产系统领域的技术发展具有明显的阶段性和区域集中特征;其技术主要围绕油气水处理、生产装置和储存装置三个领域展开,具体涉及蒸发气体的冷却、回收再利用、再液化处理、上部结构的支撑装置、储罐强度等方面,其中蒸发气处理系统相关技术和储罐结构设计是FPSO生产系统领域的技术重点。关键词:浮式生产储油卸油装置;生产系统;专利分析;技术发展中图分类号:U66文献标志码:AD0I:10.3969/j.issn.1000-4653.2023.03.008Technica
3、l development of FPSO ship production systembased on the finding of patent analysisZHENG Jinxiul,SH ENG Yo n g x i a n g ,W U Ji e l.2(1.School of Economics and Management,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang 212003,China;2.Marine Equipment and Technology Institute,Jiangsu Universi
4、ty of Science and Technology,Zhenjiang 212003,China)Abstract:The FPSO-related patents reported on platform PatSnap,are analyzed.The evolution path of the patentedtechnology is explored in terms of time situation,regional distribution,important applicants,and the category of coretechnology.The resear
5、ch shows that the technical development of FPSO ship production system has the characteristics ofregional concentration and hotspot concentration;The developments are found having mainly focused on three fields:thetreatment of oil,gas,and water,production equipment and storage devices,especially the
6、 topics concerning cooling,recycling,and reliquefaction treatment of gas vapor,support device of superstructure,and tank strength.Among them,therelated technology of evaporated gas treatment system and tank structure design has attracted special attentions.Key words:FPSO;production system;patent ana
7、lysis;technological development当今社会经济发展带来巨大能耗,能源进口成为解决各国能源需求的主要手段,我国高速发展的势头使进口原油和天然气的数量大幅增加,但过度依赖进口能源会造成严峻的能源安全问题。我国海收稿日期:2 0 2 2-0 1-17基金项目:国家知识产权局项目(FX202113);江苏省软科学项目(BR2021033);江苏教育科学规划十四五课题“江苏职业教育专业规划与产业发展的协调、匹配与适应性研究”(D/2021/03/84)作者简介:郑锦绣(1997 一),女,硕士生,研究方向为知识管理、船舶知识管理。E-mail:1447 6 150 7 9 q
8、 q.c o m通信作者:吴洁(196 8 一),女,教授,博士,研究方向为船舶知识管理、技术创新。E-mail:0 511w u j i e 16 3.c o m引用格式:郑锦绣,盛永祥,吴洁.基于专利分析的浮式生产储油卸油装置生产系统发展研究J.中国航海,2 0 2 3,46(3):49-58.ZHENG J X,SHENG Y X,WU J.Technical development of FPSO ship production system based on the finding of patent analysisJ.Navigation of China,2023,46(3):
9、49-58.(in Chinese)中50海国第46 卷第3期航域辽阔,蕴含着丰富的油气资源,推动海洋油气生产发展,提高我国海洋油气的能源供应量,是保障中国能源安全的必然要求。FPSO作为最具前景的海洋装备之一,是世界各国争相建造的海洋油气开采装置。而FPSO生产系统的设计是其建造的重中之重,关乎油气田作业性能和经济性能。一方面,随着深海作业复杂程度加深,FPSO生产技术需不断创新以适应复杂的作业要求;另一方面,为提高油气产量和采收率,进而获取更高的经济收益,FPSO进行作业时需不断提高油气处理的技术性能。因此,FPSO生产系统中对原油处理、天然气处理和水处理系统的优化直接影响到FPSO船舶的
10、安全性、经济性与环保性,并且随着FPSO油气水处理设备呈大型化趋势,研究FPSO生产系统的油气水处理总体布局、安全生产装置及储存装置对提升其技术水平、保障生产和运输安全具有重要意义。专利作为科技创新的重要衡量指标,蕴含着大量技术创新信息,通过对专利信息的密挖掘,能全面了解该专利反映的高价值信息2 。因此,专利在海洋工程装备领域是技术竞争的关键点3,目前已有学者将专利计量法应用于船舶领域。史筱飞等3 根据专利分析数据研究了全球FPSO船型开发技术的发展情况;丁贤根等4 通过专利挖掘梳理了船用冷藏集装箱的技术现状,并预估了发展趋势;吴洁等5 聚焦专利技术,分析了FPSO转塔领域技术的发展脉络;李艳
11、等6 结合专利,从时间、空间、个体和技术四维生态因子分析了海洋装备产业的竞争态势;齐廉文等7 基于专利数据探究了液化天然气(L i q u e f i e d Na t u r a l G a s,L NG)换热器技术的演化趋势。然而,从专利角度对FPSO生产系统技术领域展开研究的现有文献较少。鉴于海洋油气开采对国家能源安全的重要意义以及生产系统设备构造对FPSO船舶建造的重要性,本文基于全球专利数据,通过专利分析法,结合专利文本信息,对FPSO生产系统领域的重点专利进行分析,以探究FPSO生产系统领域的技术发展态势,以期为企业和科研院所在该领域的专利布局提供理论支撑,为政府制定相关政策提供有
12、益参考。1专利发展态势分析1.1专利数据获取与处理FPSO船舶是原油处理、天然气处理、水处理装置等多系统模块集一体的水上设备,为保证收集的专利数据具备全面性和准确性,本文在PatSnap全球专利数据库中以“FPSO”“海上生产设施(Offshoreproduction facilities)”等相关关键词进行初检,并综合油、气、水处理系统的关键字,扩充“油气水处理系统(Oil-gas-water treatment system)”“储油装置(O i l s t o r a g e d e v i c e)”“BO 1D 19(用于液体的脱气)”等关键词及国际专利分类(Internationa
13、lPatentClas-sification,IPC)号进行复检,经过数据清洗降噪后,截至2 0 2 1年10 月31日,检索到FPSO生产系统技术领域专利共38 33件。鉴于从专利申请到专利公开存在18 个月的滞后期(大量专利还处于未公开状态)8 ,2 0 19年及以后的数据仅供参考。1.2专利总体发展态势分析FPSO生产系统领域的全球专利申请量随时间增加趋势明显。1997 年以前是技术萌芽期,该阶段专利申请量较少,仅美国、挪威等国在FPSO生产系统领域进行探索。1997 年 2 0 0 8 年为该领域技术的发展期,随着前期深海采油探索的成功,全球各国逐渐认识到采用FPSO生产系统的重要性,
14、专利年申请量有明显增长,技术主要集中在液体脱气的冷却、上部模块与甲板的支撑结构设计等方面。近10年,全球FPSO生产系统领域专利申请及授权呈快速发展态势。从图1所示的专利申请趋势来看,我国专利申请量增长周期相比于全球专利增长趋势有明显滞后性,在全球生产系统专利技术缓慢发展之时,我国在该领域的专利技术申请才起步。这是由于我国FPSO生产系统相关装置设计和建造的产业发展晚于美国、挪威等国家,同时,由于产业制造与技术创新息息相关,我国在该产业起步较晚,因而申请专利的时间和全球相比呈现滞后性的增长周期1975年2 0 0 2 年间,我国和美国、挪威等在该领域有先进技术的国家进行技术合作,不断积累技术经
15、验,专利申请实现零的突破。2 0 0 3年之后,专利申请量不断增加。近5年,全球各国在FPSO生产系统领域的技术研发与创新源源不断,专利产出上升势头迅猛,中国和韩国在该领域活跃度不断提高,特别是中国,虽然在该领域起步较晚,但目前在生产系统布局领域已经具备明显优势,专利技术实力遥遥领先。1.3专利技术生命周期分析通过专利申请量与专利申请人数量的时间序列图,可以反映该领域技术研究和开发的时间节点情况,形成197 5年2 0 2 1年总体专利技术生命周期曲线和分别刻画的197 5年1996 年、1997 年2008年技术曲线(见图2)。197 5年1996 年属于51郑锦绣,等系统发展研究萌芽期,该
16、阶段创新专利的研究和开发主要集中在北美、北欧的少数几家公司,专利申请的人数和数量较少,集中度较高。从1997 年至今属于成长期,专利申请的横、纵向发展明显,世界各国开始投人研发。其中,1997 年2 0 0 8 年属于缓慢成长阶段,期间伴随着旧技术的淘汰和新技术的研发,因此时间序列曲线起伏波动明显;2 0 0 9年至今,该领域进人快速成长期,FPSO生产系统领域技术有了突破性的进展,特别是中国和韩国在专利技术上的贡献,此时全球市场上新进企业增多,专利申请量与专利申请人数量呈急剧上升趋势。250135全球专利授权量全球专利申请量225120105中国专利授权量中国申请量200901757560#
17、/鲁申150451253015100060087550250SS61LS616S6L866861661661S661L661666600010100时间年图1全全球FPSO生产系统技术领域专利申请趋势Fig.1Global patent application trends in FPSO production system technology1502019年2018年2020年2017年2016年1202011年2015年/鲁丫黑申2010年人902012年2 0 14年2013年008年年2 0 0 9年602021年1997年1301996年T1975年1050100150200250
18、申请量/件图2 专利技术发展时间序列Fig.2Time series of patent technology development1.4全球专利申请人区域分布分析由图3可知,在全球FPSO生产系统技术领域近2 0 年的专利技术来源国分布中,中国、韩国、美国、日本等国申请量居多,且中国和韩国在近10 年发展迅速,成为主要技术贡献国。根据该领域专利数据显示,中国专利共计8 93件,占总专利申请量的23.3%,其次是韩国、美国、日本、挪威等国,专利申请分别为543、30 0、197、145件,占比分别为14.2%、7.8%、5.1%、3.8%,此五国专利申请量共占全球申请量的54.2%。由此可以
19、看出,美国、日本和挪威作为最早涉足该领域的国家,技术实力较强;韩国在生产系统领域的技术实力不容小靓;中国现阶段作为FPSO生产系统领域的主要专利产出国,在生产系统领域发展迅猛,且达到一定的技术储备,我国在FPSO相关生产系统领域已跃居世界领先水平。中国223035475466919510012112046韩国46524057484839美国日本挪威法国荷兰英国俄罗斯巴西20022003200520072009201120132015201720192021年份注:图中圆形及其数字代表专利数量,数字单位为件,圆形越大,则专利数量值越大。图3全球FPSO生产系统领域专利技术来源区域分布Fig.3R
20、egional distribution of patent technology sources in the field of FPSO production systems worldwide中国海航第46 卷第3期521.5全球专利申请人排名由图4可以看出,截至检索日从数据库检索到的专利,FPSO生产系统技术领域全球排名前10 的重点申请人中,大宇造船海洋股份公司以专利申请量2 0 1件居于首位,三星重工业株式会社和现代重工业株式会社位居第2、3位。前3位均为韩国申请人,且三者的申请量占韩国专利申请总量的大宇造船海洋股份公司201三星重工业株式会社140现代重工业株式会社110丫电车中
21、国海洋石油总公司55壳牌石油公司44斯伦贝谢挪威公司41三井工程造船有限公司37德西尼布能源公司36三菱电机株式会社34中国石油天然气集团公司320306090120150180210申请量/件图4全球排名前10 的专利申请人Fig.4Top 10 patent applicants globally83.1%,由此可以看出韩国在FPSO生产系统领域的技术优势与其拥有实力突出、技术雄厚的大型企业密切相关,大宇造船的蒸发气体(Boil-Off Gas,BOG)冷却技术设计、现代重工业的LNG气体回收设计以及三星重工业在FPSO生产储罐设计方面都具有代表性。中国海洋石油总公司位列第4,相比于韩国龙
22、头企业的绝对优势,我国在该领域具备一定的研发实力,但排名前列的企业创新引领效应不足。1.6专利集中度分析通过计算了近2 0 年全球FPSO生产系统领域专利申请人集中度(集中度,即申请总量排名前10位的申请人专利申请量占该领域专利申请总量的比例),得出图5。通过分析该技术领域的主要申请人持有专利的数量,可以看出该领域的竞争激烈程度和垄断性。60r52.58%5049.50%43.94%46.74%M47.03%42.86%44.4441.6739.4%37.62%/中车4038.83%40.43%36.30%32.30%303651%27.71%29.65%21.74%2017.28%10020
23、02200420062008201020122014201620182020申请时间/年图5全球FPSO生产系统领域专利集中度历年分布情况Fig.5Distribution of patent concentration ratio in the field of global FPSO production system over the years总体而言,全球FPSO生产系统领域专利申请人专利申请量呈现波动下降趋势,且波动规律符合该领域技术发展。随着时间的变化,该领域从用户相对较少、企业数量较少、集中度处于中等偏下水平发展到快速成长期的市场规模迅速扩大、参与竞争的企业涌现,因而近10 年
24、市场集中度偏低,且近5年来,仍有大批企业投人该领域的研发生产中。图6展示全球2 0 17 年2 0 2 1年前10 位新进人者(新进人者,即仅在过去5年内才提交专利申请的申请人)的专利申请量情况,前10 位新进入者有6 位来自中国,且专利申请量占据一定比重,说明我国仍积极在该领域进行创新和拓展1.7全球重点专利技术分析国际专利分类(InternationalPatentClassifica-tion,I PC)能呈现专利技术领域分布情况,是常用的专利分类方法7 。对于国家或企业而言,通过对生产系统领域内专利的IPC进行统计分析,可发现该25全球新进入者专利申请量20中国新进入者专利申请量151
25、05020172018201920202021时间年图6FPSO生产系统领域新进人者的专利申请量Fig.6Distribution of new entrants in the field of FPSOproduction systems领域的技术关注焦点,从而更好地掌握相关技术的发展动态。统计数量排名前10 的IPC技术表示技术关注焦点9,FPSO生产系统领域的专利技术主要集中在以下领域(见表1)。表1和图7 给出了重点技术的专利量情况及专利技术在主要技术产出国的分布,图8 给出了主要申请人的重点专利技术分布情况。结合表1和图郑锦绣,等:基于专利分析的浮式生产储油卸油装置生产系统发展研究5
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