在地表之下，除了煤层和石油层，还有一层富气页岩层，其中吸附着以游离状态存在于天然裂缝和孔隙中的非常规天然气，称为页岩气。

        提高页岩气开采量将改善中国能源供给结构，有助于扭转过度依赖煤炭的局面，减少大气污染。

        设备和技术是实现页岩气规模开采的关键。

页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源和化工原料，用途广泛。根据2015年国土资源部资源评价最新结果，中国页岩气技术可采资源量21.8万亿立方米，位居世界前列。

        中国经济发展新常态将推动能源结构不断优化调整，天然气等清洁能源需求持续加大，为页岩气大规模开发提供了宝贵的战略机遇。在各地纷纷加大“煤改气”的实施力度的趋势下，页岩气作为短缺的常规天然气的有力补充起着关键的作用。

        然而，中国页岩气资源主要分布于偏远地区，离地表较远且丰度较差，加上地质结构种类较多以及当地基础设施薄弱，造成开发难度巨大。

        同时，中国的核心开发技术和设备有待攻关。目前中国已初步掌握3500米以浅海相页岩气的水平井钻完井和分段压裂等一系列勘探开发技术。但是，低压、低产井压裂增产技术和资源评价等核心技术及体系较缺乏，单项配套技术、系统成套技术设备等要依靠进口，特别是针对中国资源较为丰富的3500米以深的深层页岩气勘探开发核心技术和设备仍有待攻关。

页岩气开采的关键技术和设备

水平井

水平井又叫横向钻探技术，相对于传统的只是穿过扁薄的页岩层的垂直井，水平井增大了井眼和页岩气藏的接触面积，单井产量更高。

        钻头（drill bits）是水平井钻探的关键设备，转速100rpm左右，使用泥浆马达（mud motor）驱动。

水平压裂

井打成后，能不能有较高的产量，还得看压裂。压裂使得地层中形成人造裂缝，与页岩层中的天然裂缝配合，页岩气就能释放出来。页岩气单井压裂一般需要14台以上的2500型压裂车，施工排量10-16方，施工压力50-90Mpa都很正常。

        压裂的动力源是压裂泵，如下图所示是常见的5缸压裂泵。

开采设备中的轴承解决方案

        对于钻头和压裂泵来说，其中的轴承配置直接影响着设备的性能和效率。

        在每台钻头中，传统的轴承配置采用三个圆柱滚子轴承和一个角接触球轴承来承受径向力和轴向力，圆柱滚子轴承需要采用正游隙安装。铁姆肯公司为TCI钻头提出了新的解决方案。在新设计中，钻头采用Timken圆锥滚子轴承，结构更加紧凑。圆锥滚子轴承可以预紧安装，同时背对背安装增加了跨距，提高了轴承的刚度和可靠性。Timken圆锥滚子轴承采用内部修型设计，降低了边界应力。相对于同尺寸角接触球轴承，圆锥滚子轴承的轴向承载能力更高，适用于更加坚硬复杂的地层。

TCI钻头采用Timken?圆锥滚子轴承

钻头在低速重载，粉尘多，有冲击载荷的工况下，很难形成有效的润滑油膜。铁姆肯公司可提供带ES涂层的圆锥滚子轴承，如下图所示。ES涂层硬度是钢的1.4倍，摩擦系数是钢的1/3，可有效减少滚子和滚道之间的摩擦磨损，从而提高轴承的寿命。

带ES涂层的Timken?圆锥滚子轴承

压裂泵中，曲轴常采用圆柱滚子轴承支撑，转速80rpm到100rpm。曲轴两端一般采用NF型圆柱滚子轴承作为固定端，其它位置采用N型圆柱滚子轴承。轴承的内圈或外圈有润滑油槽和油孔，以提高润滑效率。铁姆肯公司的圆柱滚子轴承与其圆锥滚子轴承具有同样的质量和可靠性，是压裂泵的理想选择。

压裂泵曲轴示意图

N型和NF型圆柱滚子轴承

2017年12月12日，国际能源署《世界能源展望2017中国特别报告》在昆明发布。报告认为，中国能源结构将逐步转换到清洁发电，中国日益增长的能源需求正越来越多依赖可再生能源、天然气和电力，而煤炭需求有所回落。作为中国能源战略的重要组成部分，中国页岩气产业必将迎来高速发展，对高性能开采设备的要求和需求也必将随之迅速增加。铁姆肯公司，凭借百年锤炼的实力、知识、毅力和技能，必将为这一新兴产业注入强大动力。

信息来源：铁姆肯官方