0 引　言

浮式生产储卸油轮（floating production storage and offloading，FPSO）是完成海上油气开采的重要海洋装备。相比于其他油气开采装备，更具经济性、灵活性和独立性，能够实现油气开采、储运一体化，逐渐成为海上油气行业最具前景的海洋装备之一。近年来，在我国政策激励下，FPSO相关技术蓬勃发展，成为海上油气领域学者研究的热点。而船型结构技术的开发是FPSO最基本、最关键的技术，与FPSO航行的稳定性、建造的经济性和油田作业的效率与便捷性密切相关，此技术的改进和完善有助于更加经济高效地开采海洋油气资源。

通过专利分析的方法对某个技术领域的发展演变进行研究，能够更加深入全面地掌握该技术领域的发展状况和前沿信息，该方法被广泛应用于电子、通信、材料和人工智能等行业分析^[1-4]。目前，已经开始有学者运用专利分析的方法研究船舶相关技术。尹悦悦^[5]利用专利分析的方法研究了船舶岸电技术的发展态势；吴月霞等^[6]基于专利分析探究了LNG燃料船焊接技术的演化趋势；齐廉文等^[7]从专利申请趋势、技术格局等角度对LNG换热器技术进行专利计量和分析，研究其技术演化态势。然而，少有学者对FPSO船型结构技术进行专利分析并研究其发展态势。鉴于FPSO是海洋油气资源开发的重要装备以及船型结构技术是FPSO的关键核心技术，本文以FPSO船型结构相关专利数据为研究对象，采用计量分析的方法，研究该领域FPSO发展态势及技术演化路径，为企业在该领域进行技术布局和研发提供参考。

1 专利状况分析 1.1 专利数据获取与处理

借助Patsnap智慧芽专利数据库，通过检索“浮式生产储油卸油（floating production storage and offloading）”、“海上浮体结构物（marine floating structure）”等中英文关键词，初步检索和筛选出FPSO船型结构领域的专利数据。在此基础上，参考相关文献研究和初步检索得出的IPC分类号，补充“平台（platform）”、“装置（vessel）”等关键词进一步检索。对于检索出的FPSO船型结构相关专利进行人工筛选，剔除不属于该领域的相关专利。1975年至2021年10月，共检索出FPSO船型结构相关专利10269条，但专利信息存在滞后期，因此2020−2021年相关专利数据并不能全面准确反映出FPSO船型结构领域的专利状况，仅作为数据展示。

1.2 专利整体态势分析

FPSO船型结构全球专利申请最早出现在1924年，整体呈现上升趋势，2015年达到最大值475项。相比于全球专利申请情况，中国在该领域起步较晚。图1为船型结构领域专利申请趋势。根据全球专利申请趋势，可以将FPSO船型结构技术的发展大致分为3个阶段。

1924−1960年为萌芽阶段。在这一阶段中，FPSO船型结构领域全球专利申请量较少，专利年申请量仅为个位数，专利申请数量较为稳定，增长趋势不明显。1924年，美国提出了第1项FPSO船型结构领域的发明专利申请，之后几十年，有关该领域的专利主要集中于有关邮轮船机械装置的改进，开始逐渐出现浮动结构与平台的专利申请。在此期间，该领域专利申请数量较少且无明显增长趋势，这主要是因为经过2次世界大战，使得工业发展缓慢，油气需求较低，导致在这一时间段内FPSO船型结构领域的全球专利申请量较少且增速缓慢。而在这一阶段时间内，中国还未开始进行该领域的探索，因此未出现该领域的专利申请。

1961−1994年为稳步增长阶段。FPSO船型结构领域全球专利申请量开始呈波动式增长趋势，年申请量由十位数增长至百位数。其中，1984年专利申请数量达到这一阶段的最高值，年度申请量为144项。随着FPSO船型结构的应用范围增加，世界各国对其的需求也随之提高，促使船型结构领域的技术和功能不断完善、日益丰富，为下一阶段该领域专利数量的快速增长奠定了基础。1975年，中国首次出现在该领域的专利申请，开启了在FPSO船型结构领域的技术探索。

1995之后为FPSO船型结构技术的快速发展阶段。随着船型结构相关技术的广泛应用，该领域全球专利申请量迅猛增长，年均增长率达到30%，标志着该领域进入了快速发展期。一直到2015年，FPSO船型结构全球申请数量达到最高峰475项。这主要是由于海上油气市场的拉动作用，促使FPSO船型结构能够实现在多海域多环境实施作业，从而促进了该领域相关技术的迅速发展。而中国在1975年之后经过近25年在该领域的技术探索，于2001年逐渐进入船型结构领域技术发展的快车道。这主要得益于中国巨大的油气市场和科学技术部等相关部门出台的一系列支持海洋工程装备发展的政策和重大专项。

1.3 专利申请区域分析

通过对FPSO船型结构专利申请主要来源国（当前申请（专利权）人所在区域）进行分析（见图2），该领域全球专利申请主要来源国依次为中国（1646项）、美国（1591项）、韩国（826项）、挪威（772项）等，这些国家占据了FPSO船型结构专利申请量的大部分份额，约占全球总申请量的70%以上，成为全球该领域的主要专利产出国。其中，中国在该领域专利申请主要来源国中占比最高，这与国家在发展海洋产业方面进行一系列战略部署高度相关。同时也说明在FPSO船型结构领域，中国的发展较为迅速，美国、韩国、挪威、法国也热衷于该领域的技术研究和专利申请。

经过对FPSO船型结构专利申请目标国（专利受理局所在区域）进行分析（见图3），FPSO船型结构领域专利申请的主要目标国为中国，占比24.68%，达到1838项；美国占比20.29%，达到1511项；韩国占比12.19%，达到908项；日本占比10.42%，达到776项；英国占比6.44%，达到480项。通过FPSO船型结构专利区域分析可知，中国、美国和韩国该领域专利技术来源和技术布局实施相匹配。其中，中国是FPSO船型结构领域最大的消费市场，是这些国家中唯一的发展中国家，在该领域具有较大的发展潜力。

1.4 重要申请人专利分析

图4为FPSO船型结构领域排名前十的申请人情况，在该领域，排名第一的专利申请人为韩国的三星重工株式会社，申请专利共254项；美国的SINGLE BUOY MOORINGS INC专利申请量为232项，位列第二。排名第三位至第十位的申请人依次是大宇造船海洋株式会社、Technip Geoproduction、Shelloil Company、现代重工业株式会社、中国海洋石油总公司、三菱电机株式会社、Statoil ASA和三井工程造船有限公司。在FPSO船型结构领域排名前十的申请人中，美国申请人在该领域的专利申请最多，其次是韩国，而中国申请人相对较少，这主要是因为国外在船型结构领域技术研究较早，技术发展相对成熟，基本形成相对完备的技术体系。

2 专利技术分析 2.1 专利技术构成分析

如表1所示，对FPSO船型结构领域全球专利申请的主分类号进行统计（按大组）并排序，IPC技术中专利申请最多的是B63B35，专利数为4108项，占比达到26.79%，此技术适用于浮动结构；其次是B63B21，相关申请专利数2046项，占比为13.34%，用于绑系或推挤等设备；排名第三的是B01D19，专利申请量为1701项，占比11.09%，应用于液体的脱气。从表中可以看出，浮动结构或推挤设备技术是FPSO船型结构领域专利申请的重点。

针对FPSO船型结构领域排名前5的重点IPC技术，绘制近20年相关重点技术专利申请趋势，如图5所示。图中数据显示，近年来船型结构领域B63B35技术具有明显增长的趋势，此类技术也是该领域申请最多的技术。2007年之前，B63B35的专利申请无明显的增长态势，专利申请未突破百项。2007年之后该技术快速发展，2015年达到峰值241项。专利申请数量排名第二的B63B21技术专利申请趋势与B63B35相似，近年来有一定的增长趋势，但增速较为缓慢。而其余3项IPC技术发展近20年来发展相对均衡，专利申请数量一直处于十位数，并无增长的态势。除此之外，2018年之后，这些IPC技术的相关专利申请量都具有一定的下降趋势，这一定程度上表明，这些技术发展趋于饱和，相关技术趋于成熟。

2.2 专利技术演化分析

根据FPSO船型结构领域IPC技术专利分布及趋势，辅以被引频次、同族专利数量等指标，筛选出16项核心专利，绘制出FPSO船型结构的技术发展路线。针对FPSO船型结构进行专利技术演化分析，有助于了解该领域的发展态势，具有一定的指导意义。根据16项核心专利在FPSO船型结构的相关技术特征，将FPSO船型结构相关技术分为3类，分别为旧船改造、新概念FPSO和通用FPSO。同时依据核心专利的申请时间，大致分为2010年之前、2010−2015年和2015年之后3个时间段，如图6所示。

2.2.1 旧船改造

2010年之前，FPSO主要围绕改造旧的油船来实现对船型结构的改良。其过程往往包括油船设备的翻新、配套设备的维修、模块与结构的加强以及相关系统的安装。如J.RAY Mcdermott公司将转塔系统安装在油船上（PCT/GB1997/002204），能够一定程度上减小动态荷载的影响。安纳达可石油公司发明了一种系统和方法（EP2006011834），中央对接站捕获浮力，可提升一个或多个其他海船，使得FPSO相关设备的维修更加灵活，降低了建造成本。荷兰的SBM公司在造船厂或干船坞中快速建造具有钻井和修井能力的船舶（PCT/IB2009/000381），赋予FPSO相关钻井功能。但这些改造常常会提高建造的复杂性，导致建造成本增加。鉴于此，希弗朗特技术股份有限公司在2017年发明出一种散布式系泊FPSO（CN201780093037.5），因其船体形状使用了特定长宽比，并且加入了运动抑制元件，从而减小了波浪对船舶运行的影响，使其更加稳定，同时由于复杂性不高，降低了建造成本。

2.2.2 新概念FPSO

早期的FPSO技术主要是对船体设备及零部件进行更换改良，但仅是这样的改良还未能满足FPSO深水需求。当FPSO进行深水作业时，由于受风浪的影响油田的作用效率和效果都不能得到保障。为解决该问题，新概念FPSO技术开始萌芽，该技术的关键在于改变FPSO的船形。2010年之前，巴西石油公司设计出单柱壳体形状的FPSO（CN200780013478.6），该技术利用可伸缩的中心柱减少运动的影响，但同时由于复杂的设计，其建造成本较高。因此，2010年之后FPSO开始向曲面形壳体发展。如大连理工大学提出一种沙漏型海洋工程浮式结构物（CN201210391074.3）；中石化石油工程设计有限公司设计出双曲面形浮式生产储油平台（CN201410125928.2）等。这些曲面性壳体一方面可以减弱FPSO的升降与侧倾，提高运动性能，另一方面相对于单柱壳体，降低了一定的建造成本。在前2种壳体的基础上，中海油能源发展股份有限公司提出一种多边形浮式生产储油装置（CN201711320198.1），该装置优化了外飘结构和舱内布置，从而获得良好的耐波性，同时通过中央竖井设计及相关设备选型，最优化布置空间和布置管线，降低了建造成本。

2.2.3 通用FPSO

在新概念FPSO趋势下，虽然FPSO正朝着大型化、深海化方向发展，但由于其建造周期较长，成本较高，面对小型油田往往只能闲置，同时需根据油田作业场所对FPSO进行相关改造，技术较为复杂。为解决以上问题，一些船舶企业提出通用FPSO的概念。典型的专利技术是通过使用集中式湿式对接站，对较便宜、适用海域较广的勘探和生产船舶进行对接，将这些船舶的甲板耦合成一个能承载和安全转移FPSO生产设备的大型甲板，最终实现具备勘探、生产、储存和卸载设备包的多功能FPSO（US14/615298）。在此基础上，荷兰的SBM公司提出了通用壳体的思想（CN201580063317.2），这种壳体内不仅设置了加强件，可以提高刚度同时减小负载变形，还设置了可移除单元，使得FPSO船壳更加灵活，减少翻新成本。另外，针对FPSO的转移问题，一些企业提出了模块化壳体的概念，如南通中远海运船务工程有限公司提出一种模块化造船在半潜式平台建造中的应用（CN201510628512.7）；三井造船株式会社提出一种海洋浮动结构及其船尾结构（PCT/JP2018/025854）等。模块化壳体通过划分通用标准模块和具备不同功能的模块，解决FPSO与油田匹配和转移问题。

3 结　语

本文对FPSO船型结构领域专利状况及专利技术进行分析，获得了如下结论：

1）国外在FPSO船型结构领域涉足较早，我国在该领域涉足较晚，但发展较快。全球视角下船型结构领域专利申请来源国和目标国排名前三的都是中国、美国和韩国，说明在这3个国家船型结构领域的专利技术来源和技术实施相匹配。在该领域排名前十的专利申请人中，专利申请数量最多的是韩国的三星重工株式会社，其次是美国的Single Buoy Moorings INC公司。由此可知，美国和韩国在FPSO船型结构领域研究比较深入，技术相对较为成熟。

2）在FPSO船型结构领域，浮动结构和推挤设备相关技术专利申请数量最多，是该领域专利申请的重点。同时该领域的相关技术近年来日渐趋于成熟，表明已经开始形成较为完备的FPSO船型结构技术体系。

3）船型结构相关技术的发展大致经历了旧船改造、新概念FPSO和通用FPSO过程。旧船改造主要着重于减小波浪对船舶运动的影响和降低建造成本，新概念FPSO主要满足FPSO深水化和大型化的需求，主要采用不同船形壳体的思想将其实现。通用FPSO致力于解决FPSO小型化以便更好开采小型油田。通用壳体、模块化壳体的建造将是接下来FPSO船型结构最新的发展方向。