发明创造名称：用于控制钻头扭矩的钻头装置
外观设计名称：
决定号：185160
决定日：2019-07-26
委内编号：1F246326
优先权日：2012-10-11
申请（专利）号：201380056428.1
申请日：2013-10-10
复审请求人：哈里伯顿能源服务公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：隋子玉
合议组组长：严律
参审员：张冰华
国际分类号：E21B10/44(2006.01);E21B10/56(2006.01)
外观设计分类号：
法律依据：中国专利法第22条第3款
决定要点
：在判断一项权利要求是否具有创造性时，首先应当将其与最接近的现有技术进行对比，找出两者之间存在的区别技术特征；如果区别技术特征属于所属技术领域中用于解决该发明所解决技术问题的常规技术手段，也未取得预料不到的技术效果，则该权利要求对本领域技术人员来说是显而易见的，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201380056428.1，名称为“用于控制钻头扭矩的钻头装置”的PCT发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为哈里伯顿能源服务公司，申请日为2013年10月10日，优先权日为2012年10月11日，公开日为2015年07月08日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年01月05日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：本申请权利要求1-10不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。驳回决定所依据的文本为2015年04月28日进入中国国家阶段时提交的国际申请文件中文文本中的说明书第1-122段（第1-27页）、说明书附图图1-6（第1-6页）、说明书摘要、摘要附图；2017年08月30日提交的权利要求第1-10项。驳回决定引用的对比文件如下：
对比文件1：US2006249309A1 公开日为：2006年11月09日。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种设计用于在地下地层中钻探井眼的钻头的方法，所述方法包括：
指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使所述钻头的旋转轴线穿过所述至少一个等高线；
指定多个切刀在所述接触面处的部署；所述多个切刀中的至少一个形成有大致平坦表面，所述大致平坦表面与所述切刀的切削面相交并且限定所述切刀的所述切削面的切削刃；
基于所述大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于所述钻头上的反扭矩；
将位于所述钻头的量具部分内的切刀中的至少一个指定为形成有大致平坦表面；以及
提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层的地层特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中形成有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀位于所述接触面的中央区域中、邻近所述旋转轴线穿过所述接触面的位置。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述大致平坦表面的取向大致平行于所述钻头的所述接触面或大致朝向沿所述旋转轴线的前向钻探方向。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述切刀中的至少两个形 成有大致平坦表面，所述大致平坦表面与所述切刀的所述切削面相交并且限定所述切刀的所述切削面的切削刃。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述地层特性数据用于确定所述多个切刀在沿所述井眼的所述一个或多个点处的切削深度。
6. 根据权利要求5所述的方法，其还包括：在确定所述切削深度超过指定用于在沿所述井眼的所述一个或多个点处的所述多个切刀中的任何一个的切削深度的最大值的情况下，增加形成具有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀中的至少一个的所述大致平坦表面的表面积。
7. 根据权利要求1所述的方法，其还包括指定选自由以下各项组成的组的参数中的一个或多个：
所述至少一个切刀的所述大致平坦表面的表面积；
所述至少一个切刀的所有所述大致平坦表面的总表面积；
所述大致平坦表面相对于所述至少一个切刀的所述切削面的倾斜角度；
在所述钻头围绕所述旋转轴线旋转时所述至少一个切刀的所述切削面相对于所述至少一个切刀的切削方向的角度；
所述至少一个切刀的所述大致平坦表面相对于所述钻头的轴向前向方向的取向；
指示所述至少一个切刀的所述切削刃的相对锋利度的迟钝分级值；
所述至少一个切刀的数量；以及
所述至少一个切刀在所述接触面处的位置。
8. 根据权利要求7所述的方法，其还包括调整所述一个或多个参数中的至少一个、以及将指示已调整的钻头设计的至少一个性能特性的值与指示未调整的钻头设计的至少一个性能特性的值进行比较。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个性能特性包括选自由以下各项组成的组的一个或多个：
在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处生成的钻头反扭矩；
所述钻头在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处进入所述地层的钻速；
在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的钻头扭矩与钻压的比率；以及
钻头扭矩随在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的明显钻压变化的变化。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括使用所述钻头设计来模拟在所述地下地层中钻探所述井眼。”
驳回决定认为：本申请的独立权利要求1请求保护的技术方案与对比文件1所公开的内容相比，其区别在于：指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使所述钻头的旋转轴线穿过所述至少一个等高线；基于所述大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于所述钻头上的反扭矩，提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层的特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度。但是对于上述区别技术特征，对比文件1公开了旋转切割刀9预切平冲击面19的预切深度可以是1mm、2mm、3mm，旋转切割刀19的前刀面的后倾角可以是小于90度的任何角度（参见说明书第35段），钻进过程中，旋转切割刀的平坦冲击面19与地层接触，进行旋转切割，并作为支承面，此时，钻头必然承受反扭矩，为了充分发挥各旋转切割刀的作用，提高效率，指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使钻头的旋转轴线穿过至少一个等高线，基于大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于钻头上的反扭矩是本领域技术人员容易想到的，是本领域的常用技术手段，而钻头钻进的过程是切刀切割地层的过程，地层的地质特点必然影响钻进效率和钻头的使用性能，本领域技术人员根据地层的特点选择合适的钻头进行作业，因而为了保证钻头高效、安全的完成钻进作业，设计时，提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层的地层特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度是本领域技术人员容易想到的。因此权利要求1相对于对比文件1和常规技术手段的结合都不具备创造性。从属权利要求2-10的附加技术特征或者被对比文件1公开或者是本领域的常规技术手段，因此从属权利要求2-10也不具备创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年03月09日向专利复审委员会提出了复审请求，同时修改了权利要求书，将权利要求5的附加技术特征并入独立权利要求1中，删除权利要求5，并对其他权利要求顺序编号。复审请求人认为：修改后权利要求1中的切削深度实际上指切刀切入地层的深度，对比文件1没有公开或暗示“其中所述地层特性数据用于确定所述多个切刀在沿所述井眼的所述一个或多个点处的切削深度”，该技术特征也不是本领域常用技术手段，因此，修改后的权利要求1具备创造性，在此基础上，权利要求2-9也具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年04月20日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为，进行钻头设计时，要考虑钻头所适用的地层和钻井方式，根据需求有针对性的设计钻头的类型，根据地层岩石物理机械性质，合理地选择好切削数量、钻头外形及水力参数（参见“射流辅助机械破岩钻井”，严世才等，第172-176页，哈尔滨工业大学出版社，1989年05月），也就是说，设计钻头时，地层特性数据是重要参考参数，以其为依据进行钻头切削块的数量、布置、钻速和进尺高度，计算钻头的切削能力，相应地，本领域技术人员能够想到利用地层特性数据用于确定切刀在井眼的一个或多个点处的切削深度，申请人陈述的上述理由不具有说服力。因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019 年02月26 日向复审请求人发出复审通知书，指出：本申请的独立权利要求1请求保护的技术方案与对比文件1所公开的内容相比，其区别在于：指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使所述钻头的旋转轴线穿过所述至少一个等高线；基于所述大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于所述钻头上的反扭矩；提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层的地层特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度；其中所述地层特性数据用于确定所述多个切刀在沿所述井眼的所述一个或多个点处的切削深度。对于上述区别技术特征，对比文件1公开了旋转切割刀9预切平的冲击面19的预切深度可以是1mm、2mm、3mm，旋转切割刀9的前刀面的后倾角可以是小于90度的任何角度（参见说明书第35段），钻进过程中，旋转切割刀的预切平的冲击面19与地层接触，进行旋转切割并作为支承面，此时，钻头必然承受反扭矩，为了充分发挥各旋转切割刀的作用，提高切割效率，指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使钻头的旋转轴线穿过至少一个等高线，基于大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于钻头上的反扭矩是本领域技术人员很容易想到的技术手段；而钻头钻进的过程是切割刀旋转切割地层的过程，地层的地质特性必然会影响钻进效率和钻头的使用性能，本领域技术人员根据地层特性数据选择合适的钻头进行作业，并且为了保证钻头高效安全的完成钻进作业，设计时，提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度以及地层特性数据用于确定多个切刀在沿井眼的一个或多个点的切削深度都是本领域技术人员可采用的常规技术手段，且没有取得预料不到的技术效果。因此权利要求1相对于对比文件1和本领域常规技术手段的结合不具备创造性。从属权利要求2-9的附加技术特征或者被对比文件1公开或者是本领域的常规技术手段，因此从属权利要求2-9也不具备创造性。
复审请求人于2019年04月10日提交了意见陈述书，同时修改了权利要求书，将权利要求5的附加技术特征并入独立权利要求1中，删除权利要求5，并对其他权利要求顺序编号。复审请求人认为：对比文件1没有公开或暗示“在确定述切削深度超过指定用于在沿所述井眼的所述一个或多个点处的所述多个切刀中的任何一个的切削深度的最大值的情况下，增加形成具有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀中的至少一个的所述大致平坦表面的表面积”，该技术特征也不是本领域常规技术手段，因此，修改后的权利要求1具备创造性，在此基础上，从属权利要求2-8也具备创造性。修改后的权利要求书如下：
“1. 一种设计用于在地下地层中钻探井眼的钻头的方法，所述方法包括：
指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使所述钻头的旋转轴线穿过所述至少一个等高线；
指定多个切刀在所述接触面处的部署；所述多个切刀中的至少一个形成有大致平坦表面，所述大致平坦表面与所述切刀的切削面相交并且限定所述切刀的所述切削面的切削刃；
基于所述大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于所述钻头上的反扭矩；
将位于所述钻头的量具部分内的切刀中的至少一个指定为形成有大致平坦表面；以及
提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层的地层特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度；其中所述地层特性数据用于确定所述多个切刀在沿所述井眼的所述一个或多个点处的切削深度；
在确定所述切削深度超过指定用于在沿所述井眼的所述一个或多个点处的所述多个切刀中的任何一个的切削深度的最大值的情况下，增加形成具有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀中的至少一个的所述大致平坦表面的表面积。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中形成有所述大致平坦表面 的所述至少一个切刀位于所述接触面的中央区域中、邻近所述旋转轴线穿过所述接触面的位置。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述大致平坦表面的取向大致平行于所述钻头的所述接触面或大致朝向沿所述旋转轴线的前向钻探方向。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述切刀中的至少两个形成有大致平坦表面，所述大致平坦表面与所述切刀的所述切削面相交并且限定所述切刀的所述切削面的切削刃。
5. 根据权利要求1所述的方法，其还包括指定选自由以下各项组成的组的参数中的一个或多个：
所述至少一个切刀的所述大致平坦表面的表面积；
所述至少一个切刀的所有所述大致平坦表面的总表面积；
所述大致平坦表面相对于所述至少一个切刀的所述切削面的倾斜角度；
在所述钻头围绕所述旋转轴线旋转时所述至少一个切刀的所述切削面相对于所述至少一个切刀的切削方向的角度；
所述至少一个切刀的所述大致平坦表面相对于所述钻头的轴向前向方向的取向；
指示所述至少一个切刀的所述切削刃的相对锋利度的迟钝分级值；
所述至少一个切刀的数量；以及
所述至少一个切刀在所述接触面处的位置。
6. 根据权利要求5所述的方法，其还包括调整所述一个或多个 参数中的至少一个、以及将指示已调整的钻头设计的至少一个性能特性的值与指示未调整的钻头设计的至少一个性能特性的值进行比较。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一个性能特性包括选自由以下各项组成的组的一个或多个：
在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处生成的钻头反扭矩；
所述钻头在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处进入所述地层的钻速；
在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的钻头扭矩与钻压的比率；以及
钻头扭矩随在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的明显钻压变化的变化。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括使用所述钻头设计来模拟在所述地下地层中钻探所述井眼。”
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出复审请求审查决定。
二、决定的理由
（一）审查文本的认定
复审请求人在2019年04月10日提交了权利要求书，经审查，该提交的权利要求书符合专利法第33条的规定。本复审请求审查决定所针对的文本为：2019年04月10日提交的权利要求第1-8项，2015年04月28日进入中国国家阶段时提交的国际申请文件中文文本中的说明书第1-27页、说明书附图第1-6页、说明书摘要、摘要附图。
（二）关于创造性
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
1、权利要求1请求保护一种设计用于地下地层中钻探井眼的钻头的方法，对比文件1公开了一种设计用于地下地层中钻探井眼的钻头的方法，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第0028-0049段、图1a-5）：钻头3有在中央纵轴线周围纵向延伸的杆部1，杆部1的后端连接于冲击面2，杆部1的前端连接于钻头3，杆部1有沿自身纵向延伸的多个键4，键4起旋转地连接钻柱与杆部1的作用，从而钻头3以既可以轴向冲击又绕中央纵轴线旋转的方式运行；钻头3有从其自身突起的叶片61、62、63，旋转切割刀9分别成排地安装于各叶片61、62、63上，旋转切割刀9除了有倾斜面外还在其远端部分设有预切平的冲击面19，从图2可毫无疑义地得出：大致平坦冲击面19与旋转切割刀9的切削面相交并且限定旋转切割刀9的切削面的切削刃；从图1a可毫无疑义地得出：将位于钻头3的量具部分内的旋转切割刀9指定为形成有大致平坦表面。
由此可见，权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：（1）指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使所述钻头的旋转轴线穿过所述至少一个等高线；基于所述大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于所述钻头上的反扭矩；提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层的地层特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度；其中所述地层特性数据用于确定所述多个切刀在沿所述井眼的所述一个或多个点处的切削深度；（2）在确定所述切削深度超过指定用于在沿所述井眼的所述一个或多个点处的所述多个切刀中的任何一个的切削深度的最大值的情况下，增加形成具有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀中的至少一个的所述大致平坦表面的表面积。 基于上述区别技术特征，权利要求1要求保护的技术方案实际要解决的技术问题是：如何布置切刀以及如何确定切刀的切削深度。
对于上述区别技术特征（1），对比文件1公开了旋转切割刀9预切平的冲击面19的预切深度可以是1mm、2mm、3mm，旋转切割刀9的前刀面的后倾角可以是小于90度的任何角度（参见说明书第35段），钻进过程中，旋转切割刀的预切平的冲击面19与地层接触，进行旋转切割并作为支承面，此时，钻头必然承受反扭矩，为了充分发挥各旋转切割刀的作用，提高切割效率，指定对应于所述钻头的接触面的至少一个等高线并且使钻头的旋转轴线穿过至少一个等高线，基于大致平坦表面的表面积或形成有所述大致平坦表面的至少一个切刀的所述切削刃的长度来计算在沿钻头在钻探所述井眼时的路径的一个或多个点处作用于钻头上的反扭矩是本领域技术人员很容易想到的技术手段；而钻头钻进的过程是切割刀旋转切割地层的过程，地层的地质特性必然会影响钻进效率和钻头的使用性能，本领域技术人员根据地层特性数据选择合适的钻头进行作业，并且为了保证钻头高效安全地完成钻进作业，设计时，提供对应于将要在其中钻探所述井眼的地层特性数据，其中所述地层特性数据至少包括在沿所述钻头在钻探所述井眼时的路径的所述一个或多个点处的地层的岩石抗压强度以及地层特性数据用于确定多个切刀在沿井眼的一个或多个点的切削深度都是本领域技术人员可采用的常规技术手段，且没有取得预料不到的技术效果。
对于上述区别技术特征（2），当切刀的切削深度超过最大值时，为了减小切削深度，而增加切刀平坦表面的表面积，使得切刀变得更迟钝只是本领域技术人员很容易想到的技术手段，且没有取得预料不到的技术效果。
因此，在对比文件1的基础上结合本领域常规技术手段得出该权利要求所要求保护的技术方案，对本领域的技术人员来说是显而易见的，因此该权利要求所要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2、从属权利要求2的附加技术特征已被对比文件1公开（参见图1a、1b）：形成有预切平的冲击面19的旋转切割刀9位于接触面的中央区域中、邻近旋转轴线穿过接触面的位置。因此，在其引用的权利要求1不具备创造性的基础上，该权利要求也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、从属权利要求3的附加技术特征进一步限定了切削刀平坦表面的取向，但是，将大致平坦表面的取向大致平行于所述钻头的所述接触面或大致朝向沿所述旋转轴线的前向钻探方向是本领域技术人员为了提高钻进效率可采用的常规技术手段，且没有取得预料不到的技术效果。因此在其引用的权利要求1不具备创造性的基础上，该权利要求也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
4、从属权利要求4的附加技术特征已被对比文件1公开（参见说明书第0028-0049段、图1a-5）：多个旋转切割刀9形成有预切平的冲击面19，预切平的冲击面19与旋转切割刀9的切削面相交并且限定旋转切割刀9的切削面的切削刃。因此，在其引用的权利要求1不具备创造性的基础上，该权利要求也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
5、从属权利要求5-7的附加技术特征进一步限定了钻头设计时需要考虑的参数，对于上述附加技术特征，对比文件1公开了以下技术特征（参见说明书第35段）：旋转切割刀9上有预切深度为1mm、2mm、3mm的预切平的冲击面19，旋转切割刀9的前刀面的后倾角为40度，但小于90度的任何角度都可以用，也就是说，对比文件1公开了冲击面19的预切深度和前刀面的角度可以根据需要进行选择，并且上述参数将影响钻进效率；在此教导下，设计钻头时，考虑切刀大致平坦表面的表面积、总表面积、切刀的迟钝分级值、切刀数量、切刀位置、钻头性能特性值、钻探时生成的钻头反扭矩、钻速、钻压等参数都是本领域技术人员可采用的常规技术手段，且没有取得预料不到的技术效果。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，上述从属权利要求也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
6、从属权利要求8的附加技术特征是为了保证钻头能够顺利完成钻探可采用的常规技术手段，且没有取得预料不到的技术效果。因此，在其引用的权利要求1不具备创造性的基础上，该权利要求也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
三、关于复审请求人的意见陈述
复审请求人认为：对比文件1仅仅涉及用于在地层中钻井的钻头、系统和方法，对比文件1没有公开或暗示“在确定述切削深度超过指定用于在沿所述井眼的所述一个或多个点处的所述多个切刀中的任何一个的切削深度的最大值的情况下，增加形成具有所述大致平坦表面的所述至少一个切刀中的至少一个的所述大致平坦表面的表面积。”，该技术特征也不是本领域常用技术手段，因此，修改后的权利要求1具备创造性。
对此，合议组认为：对比文件1公开了本申请的“将位于钻头的量具部分内的切刀中的至少一个指定为形成有大致平坦表面”，也就是说对比文件1已经公开了在钻头上设置迟钝切刀，因此当切刀的切削深度超过最大值时，为了减小切削深度，而增加切刀平坦表面的表面积，使得切刀变得更迟钝只是本领域技术人员很容易想到的技术手段，并不需要付出创造性的劳动，且没有取得预料不到的技术效果。
因此，合议组对复审请求人的上述主张不予支持。
三、决定
维持国家知识产权局于2018 年01月05日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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