1 现状分析
页岩气作为一种清洁能源，已成为全球非常规油气开发的新宠，并深刻影响着全球能源市场格局与民生。 全球范围内的油田运营商都面临严峻的环境监管压力，废物排放、噪声等都会造成严重污染。不合格地区对氮氧化物、一氧化碳、甲烷及其他排放物的管控更为严格。 在当今这个低油价、低成本的时代，必须强调改善这些状况，并同时降低总成本，提高效率。U.S. Well Service （简称USWS）公司2016年推出了一项环保压裂技术Clean Fleet with Whisper，是首个全电驱动、可移动的水力压裂设备，100%由天然气提供能源，在节约成本的同时解决了环境监管的问题。 与北美相比，中国页岩气开采条件要复杂得多，要破解当前天然气市场的供需困局，需要加快推进改革。
2 电驱动压裂原理
传统的水力压裂设备由超过20台柴油机驱动，每台柴油机制动马力（bhp）高达2,500 hp。将压裂现场所有的柴油机由可移动的涡轮发动机替代，整套压裂设备就可以完全由电驱动。这种技术最早于2014年开始现场实施，目前在北美两套可用的电驱动压裂设备。 相对柴油来说，天然气是更加清洁的能源，它产生极少的污染。与传统的四冲程柴油机相比，涡轮发动机可以允许连续燃烧，因此燃烧更充分，大幅降低排放物。天然气驱涡轮发动机有如此大的优点，是源于其采用的预混合燃烧技术，可以保证空气和天然气配比更均匀，避免的禁排物的形成。涡轮发动机内，超过60%的空气可以和天然气预混合，这可以保证空气和天然气混合物的均质性。 电驱动压裂设备完全由从管道供给的天然气提供能源，如果现场没有天然气可用，也可以使用CNG（压缩天然气）或LNG（液化天然气）。两台大型电动压缩机可以将天然气压缩至涡轮发电机需要的300psi压力。两台压缩器一起工作的话，可以为涡轮发电机提供的气体排量高达3 MMcf/d – 4 MMcf/d。 可以根据井增产实际需求的水马力（hhp），来选择使用3台或者4台涡轮发电机。每台发电机可以提供三相交流电量5.67MW（电压13,800 v），合计17.01 MW – 22.68 MW，输出的电符合ISO标准。涡轮发电机发出的电经过装有一组开关设备的拖车。这些设备重新分配电流，提供断路装置，为地面设备如接地设备提供安全保护。然后电流离开开关设备，用变压器降压至600 v。变压器为浇注线圈干式变压器，额定容量3,500千安培伏特。 至此，电动压裂设备和传统的水力压裂设备就差不多了，唯一不同是用电动马达和变频设备（VFDs）替代了柴油发动机和变速箱。每套电动压裂设备有8台双泵拖车，工作电压均为600-v。每辆双泵拖车水马力为3,500hhp，整套设备提供的水马力为28,000hhp。 双泵系统有2台独立的三缸泵。传统的柴油驱动泵设备，在鹅颈管处通常有很大的散热器。在电驱动泵，不需要散热器，取而代之的是一个VFD房和2个独立的VFDs。另外，电驱动泵不需要搅拌器、保湿设备、大风扇、防砂设备、真空除尘设备等。
3 世界首套全电驱动压裂装置
2016年USWS公司的Clean Fleet电驱动压裂装置，Clean Fleet采用了当时业内最先进的技术，可降低振动80%，提高操作成功率和安全系数，保证压裂效率的同时还提高了现场操作的安全性，降低环境影响。 Clean Fleet的电力来自作业现场的天然气燃烧发电，整个操作过程燃料费用可降低90%。Clean Fleet能够显著降低压裂对于空气的污染，氮氧化物和一氧化碳的排放降低99%。Clean Fleet的使用消除了柴油运输的必要，降低运输风险和费用。Clean Fleet Whisper技术能够显著降低作业现场噪音污染，使作业现场更加安全。针对作业时设备的震动问题， 降低气体污染。电驱动压裂设备对环境来说最大的优势是零排放。经第三方检测机构证明，相比于传统的柴油压裂技术，Clean Fleet将污染气体排放降低了99%，几乎可以做到有害气体零排放。 这种零排放主要是因为用天然气作为能源取代了传统的柴油机。排气口测得的涡轮发电机的氮氧化物的排放量少于0.036 g/kWh。这同美国环境保护署（EPA）要求的非公路柴油机的排放量来说是巨大的降低。
4 发展趋势
电驱压裂设备能够减少污染，降低成本，提高效率，占地面积小，这些显著的优势，使得压裂装备将柴油机更换为电动装置成为必然，这是页岩气开采装备下事物发展的自然结果，也是国内外压裂行业装备公司力求的未来发展趋势。