(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラクチャリングシステムを含むシステムであって、
前記フラクチャリングシステムは、
第１流体及び第２流体の間の圧力を交換するように設計されたハイドロリックエネルギー移送システム、及び
前記ハイドロリックエネルギー移送システムに連結したモーターシステム
を含み、
前記ハイドロリックエネルギー移送システムは、
ケーシング、
前記ケーシングの反対側にある第一マニホールド及び第二マニホールド、
前記ケーシング内に配置されたローター、並びに
前記ローターの周囲で前記ケーシングと前記第一及び第二マニホールドの間に配置されたスリーブ
を含み、
前記ローターは、前記第１及び第２流体を受け入れるように設計された１つ以上の流路を規定し、前記第１及び第２流体は、前記ローターが回転するときに前記ローターの前記１つ以上の流路において圧力を交換し、かつ
前記モーターシステムは、前記ローターに第１磁石を含み、かつ前記ローターを回転させるように設計された、システム。
【請求項２】
前記第１流体が、実質的に粒子を含有しない流体であり、かつ前記第２流体が、粒子含有流体である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ハイドロリックエネルギー移送システムが、回転型等圧式圧力交換装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記モーターシステムが、前記ローターに連結しているシャフトを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１磁石が、永久磁石又は電磁石を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記モーターシステムは、第２磁石を含み、かつ前記第２磁石が、永久磁石又は電磁石を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記モーターシステムを制御するために設計された一つ以上の作業のモードを有するコントローラーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記一つ以上の作業のモードが、開始モード、速度制御モード、連続動力モード、又は断続動力モードの少なくとも一つを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
ハイドロリックエネルギー移送システムが閾値範囲内で回転しているかを検出するように設計されているセンサーを含み、
前記コントローラーは、前記センサーに連結しており、前記センサーからのフィードバックに応答して、前記モーターシステムを制御する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
システムであって、
第１流体及び第２流体の間の圧力を交換するように設計された回転型等圧式圧力交換装置、及び
前記回転型等圧式圧力交換装置に連結したモーターシステム
を含み、
前記回転型等圧式圧力交換装置は、
ケーシング、
第一マニホールド及び第二マニホールド、
前記ケーシング内に配置されたローター、並びに
前記ローターの周囲で前記ケーシングと前記第一及び第二マニホールドの間に配置されたスリーブ
を含み、
前記ローターは、前記第１及び第２流体を受け入れるように設計された１つ以上の流路を規定し、前記第１及び第２流体は、前記ローターが回転するときに前記ローターの前記１つ以上の流路において圧力を交換し、
前記モーターシステムは、前記ローターを回転させるように設計され、
前記モーターシステムは、ハイドロリックモーター又は空気圧モーターを含み、
前記ハイドロリックモーター又は空気圧モーターは、
前記回転型等圧式圧力交換装置のローターとシャフトで連結しているハイドロリックタービン
を含み、かつ
前記ハイドロリックタービンは、前記ハイドロリックタービンを通過した流体流に反応して前記ローターを回転させるように設計された、システム。
【請求項１１】
前記第１流体が、実質的に粒子を含有しない流体であり、かつ前記第２流体が、粒子含有流体である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記モーターシステムを制御するために設計された一つ以上の作業のモードを有するコントローラーを含み、
前記一つ以上の作業のモードが、開始モード、速度制御モード、連続動力モード、又は断続動力モードの少なくとも一つを含む、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ハイドロリックモーター又は前記空気圧モーターが、前記ローターに連結して前記ローターを回転させるように設計されたタービンを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記タービンが、前記ケーシング内にある、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ハイドロリックモーター又は前記空気圧モーターが、前記タービンへの前記第１流体の流体流を制御するように設計されたバルブを含む、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年４月１０日に出願された、「モーターシステムを有する圧力交換システム」と題した、米国仮出願第６１／９７８０９７号の優先権及び利益を主張するものであり、それらの全ては、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
このセクションは、下記に記載し及び／又は特許請求の範囲に記載する本発明の様々な態様に関連しうる技術の多様な態様を、読者に紹介することを目的とする。ここでの議論は、本発明の多様な態様のより良い理解を容易にするために、読者に背景情報を提供するのに有益であると考えられる。したがって、これらの説明は、この観点から読まれるべきであり、公知技術を自認するものではないと理解されるべきである。
【０００３】
石油及びガス産業における坑井仕上げ作業は、多くの場合、岩石層中の石油及びガスの放出を増加させるためのハイドロリックフラクチャリング（多くの場合、フラッキング（fracking）又はフラシング（fracing）と称される）を伴う。ハイドロリックフラクチャリングは、水、化学物質、及びプロパント（例えば、砂、セラミックス）の組合せを含んでいる流体（例えばフラクチャリング流体（frac fluid））を坑井内に高圧で送り込むことを伴う。流体の高い圧力は、岩石層の中を通る亀裂の大きさ及び亀裂の伝搬を増加させて石油及びガスを放出させ、他方、プロパントは、流体が減圧した際に亀裂が閉じることを防止する。フラクチャリング作業は、フラクチャリング流体の圧力を増加させるために、高圧ポンプを使用する。残念なことに、フラクチャリング流体内のプロパントは、回転機械装置の作動を妨害しうる。場合によっては、この固形分は回転要素が回転することを遅くし、又は妨害する。
【０００４】
以下の詳細な説明を、添付図面を参照して読むことで、本発明の様々な特徴、態様、及び利点がよりよく理解され、添付図面では、全体を通して同様の文字は同様の部材を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、モーターシステムを有するハイドロリックエネルギー移送システムの実施形態の模式図であるである。
【図２】図２は、回転型ＩＰＸの実施形態の分解斜視図である。
【図３】図３は、第１操作位置における回転型ＩＰＸの実施形態の分解斜視図である。
【図４】図４は、第２操作位置における回転型ＩＰＸの実施形態の分解斜視図である。
【図５】図５は、第３操作位置における回転型ＩＰＸの実施形態の分解斜視図である。
【図６】図６は、第４操作位置における回転型ＩＰＸの実施形態の分解斜視図である。
【図７】図７は、モーターシステムを有する回転型ＩＰＸの実施形態の断面図である。
【図８】図８は、図７の８−８線におけるモーターシステムと回転型ＩＰＸの実施形態の断面図である。
【図９】図９は、図７の８−８線におけるモーターシステムと回転型ＩＰＸの実施形態の断面図である。
【図１０】図１０は、複数の回転型ＩＰＸを運転するモーターシステムの実施形態の側面図である。
【図１１】図１１は、回転型ＩＰＸと結合したハイドロリックモーターシステムの側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の１つ又は複数の具体的な実施形態が以下に記載される。これらの記載された実施形態は、本発明の単なる例示である。加えて、これらの例示的な実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実施態様の全ての特徴が、本明細書中に記載されていない場合がある。任意のそのような実際の実施態様の開発では、任意のエンジニアリング又はデザインプロジェクトの場合と同様に、実施態様により異なり得る開発者の特定の目的、例えば、システム関連及びビジネス関連の制約の順守を達成するために、数多くの実施態様による特定の決定をしなければならないことが認められるべきである。さらに、そのような
開発の努力は、複雑であり時間を要し得るが、本開示の利益を受ける当業者にとっては、デザイン、製作、及び製造の日常の仕事であることが認められるべきである。
【０００７】
以下に詳述するように、フラクチャリングシステム（frac system）又はハイドロリックフラクチャリング（hydraulic fracturing）システムは、第１流体（例えば、圧力交換流体、例えば実質的にプロパントを有しない流体）と第２流体（例えば、フラクチャリング流体、例えばプロパントを含有する流体）との間の仕事及び／又は圧力を移送するハイドロリックエネルギー移送システム（hydraulic energy transfer system）を含む。例えば、第１流体は、約５０００ｋＰａから２５０００ｋＰａ、２００００ｋＰａから５００００ｋＰａ、４００００ｋＰａから７５０００ｋＰａ、若しくは７５０００ｋＰａから１０００００ｋＰａの間、又は第２流体の第２圧力よりも大きい第１圧力であってよい。作業において、ハイドロリックエネルギー移送システムは、第１流体及び第２流体の間の圧力を完全に等しくしてもしなくてもよい。したがって、ハイドロリックエネルギー移送システムは、等圧的に又は実質的に等圧的に働くことができる（例えば、ここで、第１及び第２流体の圧力は、互いの約＋／−１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０パーセントで等しくなる）。
【０００８】
ハイドロリックエネルギー移送システムは、第１流体及び第２流体の間の仕事／圧力を交換する一方で、フラクチャリング流体と様々なハイドロリックフラクチャリング設備（例えば、高圧ポンプ）との間の接触を抑制又は限定するため、さらにハイドロリック保護システム、ハイドロリック緩衝システム、又はハイドロリック隔離システムとしても説明することができる。ハイドロリックフラクチャリング設備の様々な部分と第２流体（例えば、プロパントを含有する流体）との間の接触を防止又は制限することにより、ハイドロリックエネルギー移送システムは摩耗及び消耗を減少させ、したがってこの設備（例えば、高圧ポンプ）の寿命及び性能を向上させる。さらに、ハイドロリックエネルギー移送システムは、フラクチャリングシステムにおいてより安価な設備、例えば摩耗性流体（例えば、フラクチャリング流体及び／又は腐食性の流体）用に設計されていない高圧ポンプを、フラクチャリングシステムに使用することを可能とすることができる。いくつかの実施形態において、ハイドロリックエネルギー移送システムは、回転型等圧式圧力交換装置（rotating isobaric pressure exchanger）（例えば回転型ＩＰＸ）であってよい。回転型等圧式圧力交換装置は、概して、遠心分離技術を用いずに、約５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、又は９０％以上の効率で、高圧流入流と低圧流入流との間の流体圧力を移送するデバイスとして定義することができる。
【０００９】
作業において、ハイドロリックエネルギー移送システムは、第１流体及び第２流体間の仕事及び／又は圧力を移送する。これらの流体は、多相流体、例えば気体／液体流、気体／固体粒子流、液体／固体粒子流、気体／液体／固体粒子流、又は任意のその他の多相流であってよい。例えば、多相流体は、砂、固形粒子、粉末、破片、セラミックス、又はそれらの任意の組合せを含んでよい。これらの流体はさらに非ニュートン流体（例えば、剪断減粘性流体）、高粘性流体、プロパントを含有する非ニュートン流体、又はプロパントを含有する高粘性流体であってよい。回転を容易にするため、ハイドロリックエネルギー移送システムは、モーターシステム（例えば、電気モーター、燃焼機関、ハイドロリックモーター、空気圧モーター、及び／又は他の回転駆動）と連結してもよい。作業において、モーターシステムは、高粘度及び／又は固形粒子、粉末、若しくは小片等を有する流体と共にハイドロリックエネルギー移送システムが回転することを可能とする。例えば、モーターシステムは高粘度流体又は粒子含有流体での起動を容易にしてよく、これは、ハイドロリックエネルギー移送システムの迅速な開始を可能とする。モーターシステムはさらに、ハイドロリックエネルギー移送システムが微粒子を粉砕することを可能とすることにより高粘度／粒子含有流体で適切な作業速度（例えば、ｒｐｍ）を維持することを可能とする追加の力をもたらしてもよい。いくつかの実施形態において、モーターシステムはさらに、作業速度を制御することにより、ハイドロリックエネルギー移送システム中の流体間のより精密な混合を容易にしてもよい。
【００１０】
図１は、モーターシステム１２と連結したハイドロリックエネルギー移送システム１０を備えたフラクチャリングシステム８（例えば、流体操作システム）の実施形態の模式図である。上記において説明のとおり、モーターシステム１２は、高粘度／又は粒子含有流体を使用する際に、ハイドロリックエネルギー移送システム１０の回転を容易にする。例えば、坑井仕上作業中に、フラクチャリングシステム８は、亀裂１６を伝搬させかつサイズを大きくするにより岩石層１４中の石油及びガスの放出を増加させる圧縮された粒子含有流体を送り出す。フラクチャリングシステム８が減圧したときに亀裂１６が閉じることを防止するために、フラクチャリングシステム８は、亀裂１６に入り込み、亀裂を維持する固形粒子、粉末、小片等を含有する流体を用いる。
【００１１】
この粒子含有流体を坑井内に送り込むために、フラクチャリングシステム８は、ハイドロリックエネルギー移送システム１０に連結した一つ以上の第１流体ポンプ１８及び一つ以上の第２流体ポンプ２０を含んでよい。例えば、ハイドロリックエネルギー移送システム１０は、回転型ＩＰＸであってよい。作業において、ハイドロリックエネルギー移送システム１０は、第１流体ポンプ１８により送り出される第１流体（例えば、プロパント非含有流体）と第２流体ポンプ２０により送り出される第２流体（例えば、プロパント含有流体又はフラクチャリング流体）の間で実質的な混合なく、圧力を移送する。このようにして、ハイドロリックエネルギー移送システム１０は、フラクチャリングシステム８が高圧フラクチャリング流体を坑井１４内に送り込み、石油及びガスを放出することを可能とする一方で、第１流体ポンプ１８（例えば、高圧ポンプ）の消耗を抑制又は制限する。腐食性及び摩耗性の環境において作業を行うために、ハイドロリックエネルギー移送システム１０は、第１及び第２流体いずれの内の腐食性及び摩耗性の物質に対しても耐性のある材料から作られていてもよい。例えば、ハイドロリックエネルギー移送システム１０は、金属マトリックス（例えば、Ｃｏ、Ｃｒ、若しくはＮｉ又はこれらの混合）中のセラミックス（例えば、アルミナ、又はサーメット、例えば、カーバイド、酸化物、若しくは窒化物、又はホウ化物の硬質相）、例えばＣｏＣｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、又はＣｏマトリックス中のタングステンカーバイドから作られてよい。
【００１２】
図２は、流体の最小限の混合で、第１及び第２流体（例えば、プロパント非含有流体とプロパント含有流体）の間の圧力及び／又は仕事を移送することが可能である、回転型等圧式圧力交換装置４０（回転型ＩＰＸ）の実施形態の分解斜視図である。回転型ＩＰＸ４０は、スリーブ４４（例えば、ロータースリーブ）及びローター４６を含む、略円柱体の部分４２を有することができる。回転型ＩＰＸ４０は、それぞれマニホールド（manifold）５２及び５４を含む２つのエンドキャップ４８及び５０をさらに含んでよい。マニホールド５２は、それぞれ入口及び出口ポート５６及び５８を含み、他方、マニホールド５４は、それぞれ入口及び出口ポート６０及び６２を含む。作業において、これらの入口ポート５６及び６０は、圧力を交換するために第１及び第２流体（例えばプロパントを含有しない流体）が回転型ＩＰＸ４０に入ることを可能とし、他方、出口ポート５８及び６２は、第１及び第２流体がその後回転型ＩＰＸ４０から出ることを可能とする。作業において、入口ポート５６は、高圧の第１流体を受け入れることができ、圧力を交換後、出口ポート５８は、低圧の第１流体を回転型ＩＰＸ４０の外に送り出すために使用できる。同様に、入口ポート６０は、低圧の第２流体（例えば、プロパント含有流体、フラクチャリング流体）を受け入れることができ、かつ出口ポート６２は、高圧の第２流体を回転型ＩＰＸ４０の外に送り出すために使用できる。エンドキャップ４８及び５０は、各マニホールド５２及び５４内に配置され、ローター４との流密接触が可能であるエンドカバー６４及び６６を含む。ローター４６は、円柱形でありかつスリーブ４４中に配置されてよく、これは、ローター４６が軸６８に関して回転することを可能とする。ローター４６は、長手軸６８について対称に配置された各端部の開口部（opening）７２及び７４を有するローター４６を通じて、おおむね長手方向に延在し、複数の流路７０を有することができる。ローター４６の開口部７２及び７４は、回転中、流路７０が高圧の流体及び低圧の流体にさらされるような仕方で、エンドカバー５２及び５４の入口及び出口開口７６及び７８、並びに８０及び８２とハイドロリック連通するように配置される。図示されるように、入口及び出口開口７６及び７８並びに８０及び８２は、弓形状又は円弧の形状（例えば、Ｃ形状）で設計することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態において、センサーフィードバックを用いたコントローラーにより、回転型ＩＰＸ４０において第１流体と第２流体との間の混合の程度を制御することができ、それは流体操作システムの操作性を向上させるために使用することができる。例えば、回転型ＩＰＸ４０に入る第１流体及び第２流体の割合を変化させることで、プラントの作業者が、ハイドロリックエネルギー移送システム１０内の流体混合の量を制御することを可能にする。混合に影響する回転型ＩＰＸ４０の３つの特性は、（１）ローターの流路７０のアスペクト比、（２）第１流体と第２流体との間の短時間の曝露、及び（３）ローターの流路７０内の第１流体と第２流体の間の流体バリア（例えば、インターフェイス）の形成である。第一に、ローターの流路７０は、概して長くかつ細く、それが回転型ＩＰＸ４０内の流れを安定させる。加えて、第１流体及び第２流体は、極めて少ない軸方向混合を伴うプラグ流動様式で流路７０を通じて動くことができる。第二に、ある実施形態では、ローター４６の速度によって第１流体と第２流体との間の接触が低減される。例えば、ローター４６の速度によって、第１流体と第２流体との間の接触時間を、約０．１５秒未満、０．１０秒未満、又は０．０５秒未満に低減することができる。第三に、ローターの流路７０のわずかな部分が、第１流体と第２流体との間の圧力の交換に使用される。それゆえ、大量の流体が第１流体と第２流体との間のバリアとして流路７０に留まる。これら全ての機構により回転型ＩＰＸ４０内の混合を制限することができる。さらに、いくつかの実施形態では、回転型ＩＰＸ４０は、圧力の移送を可能にしつつ、第１流体と第２流体を分離する内部ピストンで操作するように設計することができる。
【００１４】
図３〜６は、流路７０が全サイクルを通じて回転するときの、ローター４６における１つの流路７０の位置の順序を図示した、回転型ＩＰＸ４０の実施形態の分解斜視図である。図３〜６は、１つの流路７０を示す回転型ＩＰＸ４０の簡易図であり、流路７０は円形の断面形状を有するように示される。他の実施形態においては、回転型ＩＰＸ４０は、同じか又は異なる断面形状（例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、多角形など）を有する複数の流路７０を含むことができる。このように、図３〜６は例示を目的とした簡易図であり、回転型ＩＰＸ４０の他の実施形態は、図３〜６に示されるものと異なる構成を有し得る。以下に詳細に記載されるように、回転型ＩＰＸ４０は、第１流体及び第２流体をローター４６内で互いに短時間に接触させることを可能とすることで、第１流体と第２流体（例えば、プロパントを含有しない流体とプロパントを含有する流体）との間の圧力交換を容易にする。ある実施形態において、この交換は、第１流体及び第２流体の限定的な混合をもたらす速度で起こる。
【００１５】
図３では、流路の開口部７２が第１位置にある。第１位置において、流路の開口部７２は、エンドプレート６４の開口７８及び、それゆえマニホールド５２と流体連通しており、一方で、反対側の流路の開口部７４は、エンドカバー６６の開口８２と、さらにマニホールド５４とハイドロリック連通している。以下に記載されるように、ローター４６は、矢印８４によって示される時計回り方向に回転することができる。作業において、低圧第２流体８６はエンドカバー６６を通り過ぎ、流路７０に入り、それが動圧流体の境界９０で第１流体８８と接触する。次いで、第２流体８６は、第１流体８８を流路７０の外に駆動し、エンドカバー６４を通じて回転型ＩＰＸ４０の外に駆動する。しかしながら、接触は短時間であるため、第２流体８６と第１流体８８との間では最小限の混合しかない。
【００１６】
図４では、流路７０が約９０度の円弧を通じて時計回りに回転している。この位置では、出口７４は、エンドカバー６６の開口８０及び８２と流体連通しておらず、流路の開口部７２は、エンドカバー６４の開口７６及び７８と流体連通していない。したがって、低圧第２流体８６は、一時的に流路７０内に含まれる。
【００１７】
図５では、流路７０が、図６に示される位置から約６０度の円弧を通じて回転している。流路の開口部７４は、今はエンドカバー６６の開口８０と流体連通していて、流路７０の開口部７２は、今はエンドカバー６４の開口７６と流体連通している。この位置において、高圧第１流体８８が入って低圧第２流体８６を加圧し、第２流体８６を流体流路７０の外に、そして開口８０を通じて駆動してフラクチャリングシステム８において使用するために向かわせる。
【００１８】
図６では、流路７０が、図６に示される位置から約２７０度の円弧を通じて回転している。この位置において、出口７４は、エンドカバー６６の開口８０及び８２と流体連通しておらず、流路開口部７２はエンドカバー６４の開口７６及び７８と流体連通していない。したがって、第１流体８８は加圧されず、ローター４６がもう９０度回転してサイクルが再度始まるまで、流路７０内に一時的に含まれる。
【００１９】
図７は、回転型ＩＰＸ４０に連結されたモーターシステム１２（例えば、外部モーターシステム）の実施形態の断面図である。示されるように、モーターシステム１２は、ケーシング１００を通してローター４６と連結するシャフト９８を含んでいる。具体的には、シャフト９８はケーシング１００の開口１０２、エンドカバー６４内の開口１０４を通り、かつローター４６内の開口１０６内に延在する。シャフト９８の回転を容易にするため、モーターシステム１２はさらにシャフト９８を保持する一つ以上のベアリング１０８を含んでよい。ベアリング１０８は、ケーシング１００の中又は外にあってよい。いくつかの実施形態において、シャフト９８はローター４６、及びエンドカバー６６を完全に通って延在して、シャフト９８がローター４６の反対側のベアリング１０８に支持されることを可能としてよい。
【００２０】
作業において、モーターシステム１２は、微粒子粉砕し、ローター４６の作業速度を維持し、回転型ＩＰＸ４０内の流体の混合を制御し（例えば、ローター４６の回転速度を変化させることにより）、又は回転型ＩＰＸ４０を高粘性又は粒子含有流体中で開始するためのトルクを提供することによって、回転型ＩＰＸ４０の作業を容易にする。説明のとおり、コントローラー１１０は、モーターシステム１２及び一つ以上のセンサー１１２（例えば、流れ、圧力、トルク、回転速度センサー、音響、磁気、光学、等）に連結する。作業において、コントローラーは、モーターシステム１２を制御するためにセンサー１１２からのフィードバックを使用する。コントローラー１１０は、プロセッサー１１４、及びプロセッサー１１４によって実行することができる固定のコンピューター命令を記録するメモリー１１６を含んでよい。例えば、コントローラー１１０が一つ以上のセンサー１１２からフィードバックを受け取ると、プロセッサー１１４は、モーターシステム１２からの動力出力を制御するためにメモリー１１６内に記録された命令を実行する。
【００２１】
メモリー１１６に記録されている指示は、モーターシステム１２についての多様な作業モード（例えば、開始モード、速度制御モード、連続動力モード、断続動力モード、等）を含んでよい。例えば、開始モードにおいて、コントローラー１１０は、モーターシステム１２にシャフト９８の回転を開始させるように合図する、メモリー１１６内の指示を実行してよい。モーターシステム１２が作業すると同時に、センサー１１２は、シャフト９８が適切な速度（例えば、ｒｐｍ）又は閾値範囲内で回転しているかを示すフィードバックをコントローラー１１０に提供してよい。シャフト９８が所望の速度又は範囲に到達した場合、コントローラー１１０は、モーターシステム１２に対して、シャフト９８の回転を停止させ、回転型ＩＰＸ４０内を流れている第１及び第２流体が回転動力を引取り、ローター４６に提供することを可能とする。しかしながら、いくつかの態様において、回転型ＩＰＸ４０は、ローター４６の回転を断続的に追加するためにモーターシステム１２を使用してもよい（例えば、断続動力モード）。例えば、回転型ＩＰＸ４０の安定した状態の作業中に、ローター４６は粒子がローター４６及びスリーブ４４の間の間隙１２０、ローター４６及び第１のエンドカバー６４の間の間隙１２２、及び／又はローター４６及び第２のエンドカバー６６の間の間隙１２４に入るために、遅くなりうる。仮にローター４６が回転型ＩＰＸ４０を安定した回転速度に戻すために十分早く微粒子を粉砕又は分解することができない場合、経時的に、微粒子はローター４６を遅くする。これらの状況において、コントローラー１１０は、ローター４６が遅くなっている又は閾値範囲外であることを示す、センサー１１２からのフィードバックを受けることができる。そして、コントローラー１１０は、シャフト９８にローター４６を安定した回転速度又は閾値範囲に戻すための動力をもたらすようにモーターシステム１２に合図してもよい。ローター４６を適切な回転速度に戻した後、コントローラー１１０は、再度モーターシステム１２を停止させてよい。いくつかの実施形態において、モーターシステム１２は、ローター４６の回転速度の連続的な入力／制御（例えば、連続的動力モード及び／又は速度制御モード）を提供してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、回転型ＩＰＸ４０は、混合要求（曝露要求）を有する流体と動作することができる。言い換えると、回転型ＩＰＸ４０は、第２流体と共に開口７８を通って回転型ＩＰＸ４０を流出する第１流体を防ぎ、又は量を制限するために、第１及び第２流体の間の曝露を制限することができる。
【００２２】
図８は、図７の線８−８における回転型ＩＰＸ４０及びモーターシステム１２の実施形態の断面図である。図８の実施形態において、モーターシステム１２は、スリーブ４４（例えば、固定子）内において電磁石１６２（例えば、固定子巻線）と相互作用する、ローター４６の周りに間隔を開けて一周している永久磁石１６０を有する電気モーターである。いくつかの実施形態において、ローター４６が電磁石１６２を含む一方で、スリーブ４４は永久磁石１６０を有してよく、又はローター４６及びスリーブ４４は共に電磁石１６２を有してよい。更に、いくつかの実施形態において、スリーブ４４又はローター４６は、電磁石１６２と相互作用する磁気材料（例えば、永久磁石材料）から作られてよい。図に示すように、電磁石１６２（例えば、固定子巻線）及び永久磁石１６０は、回転型ＩＰＸ４０内を流れる流体との接触からこれらを保護するために、スリーブ４４内及びローター４６内にそれぞれ収められている。しかしながら、いくつかの実施形態において、電磁石１６２（例えば、固定子巻線）及び／又は永久磁石１６０は、スリーブ４４及びローター４６の外部表面に配置されてよい。
【００２３】
作業において、コントローラー１１０は、永久磁石１６０を引きよせ、及び／又は反発するために電磁石１６２をオン及びオフすることにより、ローター４６の回転を制御する。磁石１６０６、１６２を互いに引きよせ、及び／又は反発することにより、ローター４６の回転を駆動し、又は回転を減少させる。この方法により、モーターシステム１２からの動力は、ローター４６が、微粒子を粉砕することを可能とすること、特定の作業速度を維持すること、回転型ＩＰＸ４０内の流体の混合を制御すること（例えば、ローター４６の回転速度を制御する）、又は高粘性又は粒子含有流体中の回転型ＩＰＸ４０を起動することにより、回転型ＩＰＸ４０の作業を容易にする。いくつかの実施形態において、コントローラー１１０は、一つ以上のセンサー１１２（例えば、流れ、圧力、トルク、回転速度センサー、音響、磁気、光学、等）からのフィードバックに対応して、モーターシステムの作業を制御してよい。
【００２４】
図９は、図７の線８−８における回転型ＩＰＸ４０及びモーターシステム１２の実施形態の断面図である。図９の実施形態において、モーターシステム１２は、ケーシング１００の外部表面１８０上で電磁石１６２（例えば、固定子巻線）と相互作用する、ローター４６の周りに間隔を開けて一周している永久磁石１６０を有する電気モーターである。いくつかの実施形態において、ローター４６が電磁石１６２を含む一方で、回転型ＩＰＸ４０の外部表面１８０は、永久磁石１６０を含んでよく、又は回転型ＩＰＸ４０の外部表面及びローター４６は、共に電磁石１６２を有してよい。ある実施形態において、ローター４６は、ローター４６全体が電磁石１６２と相互作用することを可能とする磁気材料から作られてよい。電磁石１６２を回転型ＩＰＸ４０の外部表面１８０に連結させることにより、モーターシステム１２は、電磁石１６２を、回転型ＩＰＸ４０を通って流れる流体から保護する。さらに、電磁石１６２が回転型ＩＰＸ４０の外部表面１８０上にあることにより、モーターシステム１２は、メンテナンス及び検査のために電磁石１６２に近づくことを容易にする。上記で説明したとおり、作業において、コントローラー１１０は、ローター４６の回転を駆動するために電磁石１６２への動力を制御し、これは、ローター４６が微粒子を粉砕し、特定の動作速度を維持し、回転型ＩＰＸ４０内の流体の混合を制御し、又は、高粘性又は粒子含有流体中の回転型ＩＰＸ４０の開始を容易にする。
【００２５】
図１０は、複数の回転型ＩＰＸ４０を同時に駆動することができるモーターシステム１２の実施形態の側面図である。例えば、各回転型ＩＰＸ４０は、それぞれローター４６に連結するシャフト１９８を含んでよい。シャフト１９８は、次に、コネクタ２００（ベルト、鎖等）を使用してモーターシステム１２のシャフト９８に連結する。作業中、モーターシステム１２は回転動力をシャフト９８から各回転型ＩＰＸ４０に移送し、したがって一つのモーターシステム１２によって複数の回転型ＩＰＸ４０を駆動する。本実施形態において、２つの回転型ＩＰＸ４０がモーターシステム１２に連結している。しかしながら、いくつかの実施形態において、１、２、３、５、１０、１５、又はそれより多い回転型ＩＰＸ４０が、モーターシステム１２に連結してよい。例えば、回転型ＩＰＸ４０は、一つのモーターシステム１２に複数の回転型ＩＰＸ４０を連結させることを可能とするモーターを一周して配置されてよい。
【００２６】
いくつかの実施形態において、回転型ＩＰＸ４０は、モーターシステム１２からの回転入力を選択的に接続及び切断するクラッチ２０２を含んでよい。例えば、コントローラー１１０は、一つ以上の回転型ＩＰＸ４０が遅くなっていること（例えば、微粒子を粉砕することができない）を示す、センサー１１２からのフィードバックを受け取ることができる。したがって、コントローラー１１０は、対応するクラッチ２０２を閉めることにより、モーターシステム１２が、回転エネルギーを適切な回転型ＩＰＸ４０に移送することを可能とすることができる。上記で説明したとおり、コントローラー１１０は、モーターが回転型ＩＰＸ４０の回転を、いつ、どの程度、どのくらい長く駆動するかを制御する。コントローラー１１０は、一つの回転型ＩＰＸ４０からの、又は複数の回転型ＩＰＸ４０からのセンサーフィードバックに基づいて、モーターを制御してよい。例えば、コントローラー１１０は、一つの回転型ＩＰＸ４０が微粒子を粉砕すること、所定の作業速度を維持すること、又は回転型ＩＰＸ４０内の流体の混合を制御することができないときに、モーターシステム１２を開始してよい。しかしながら、他の実施形態において、コントローラー１１０は、一つより多い回転型ＩＰＸ４０が追加の動力を必要とするときにのみモーターシステム１２を開始してよい。
【００２７】
図１１は、回転型ＩＰＸ４０に連結したモーターシステム１２（例えば、ハイドロリックモーター）の、実施形態の側面断面図である。モーターシステム１２は、微粒子を粉砕し、回転型ＩＰＸ４０の作業速度を維持し、回転型ＩＰＸ４０内の流体の混合を制御し、又は高粘性又は粒子含有流体中の回転型ＩＰＸ４０を開始するためのトルクをもたらすことにより、回転型ＩＰＸ４０の作業を容易にする。例えば、ハイドロリックモーターシステム１２は、シャフト９８によって回転型ＩＰＸ４０に連結されたハイドロリックタービン２２０を含んでよい。作業において、モーターシステム１２は、ハイドロリックタービン２２０及び従ってシャフト９８の回転を駆動する、流体源２２２からの流体流（例えば、高圧プロパント非含有流体）を受け取る。流体源２２２は、回転型ＩＰＸ４０を作動させるのに使用されるものと同じ流体源又は異なる流体源であってよい。シャフト９８が回転することにより、シャフト９８はローター４６を回転させる。いくつかの実施形態において、コントローラー１１０は、ハイドロリックタービン２２０を通る流体流を制御するために、バルブ２２４を制御することができる。例えば、コントローラー１１０は、センサー１１２（例えば、流れ、圧力、トルク、回転速度センサー、音響、磁気、光学、等）からフィードバックを受け取り、プロセッサー１１４は、バルブ２２４の開放及び閉鎖を制御するための、メモリー１１６内に記録された固定コンピューター命令を実行し、したがって、ハイドロリックタービン２２０を開始させ、かつ停止させる。
【００２８】
本発明は、様々な修正及び代替形態が可能であり、具体的な実施形態が図面において例として示され、本明細書において詳しく記載されている。しかしながら、本発明は開示される特定の形態に限定されることを意図するものでないことが理解されるべきである。むしろ、本発明は特許請求の範囲により規定される本発明の趣旨及び範囲内にある、全ての修正物、等価物、及び代替物を包含することを意図するものである。本発明の態様の一部を以下の項目１〜２０に記載する。
［１］
フラクチャリングシステムを含むシステムであって、
前記フラクチャリングシステムは、
第１流体及び第２流体の間の圧力を交換するように設計されたハイドロリックエネルギー移送システム、及び
前記ハイドロリックエネルギー移送システムに連結し、かつ前記ハイドロリックエネルギー移送システムに動力を与えるように設計されたモーターシステム
を含む、システム。
［２］
前記第１流体が、実質的に粒子を含有しない流体であり、かつ前記第２流体が、粒子含有流体である、項目１に記載のシステム。
［３］
前記モーターシステムが、電気モーター、ハイドロリックモーター、空気圧モーター、又は燃焼モーターを含む、項目１に記載のシステム。
［４］
前記ハイドロリックエネルギー移送システムが、回転型等圧式圧力交換装置（ＩＰＸ）を含む、項目１に記載のシステム。
［５］
前記回転型等圧式圧力交換装置が、ローター及び前記ローターを包囲するスリーブを含む、項目４に記載のシステム。
［６］
前記モーターシステムが、前記ローターに連結しているシャフトを含む、項目５に記載のシステム。
［７］
前記ローターが、永久磁石又は電磁石を含む、項目５に記載のシステム。
［８］
前記スリーブが、永久磁石又は電磁石を含む、項目５に記載のシステム。
［９］
前記モーターシステムを制御するために設計された一つ以上の作業のモードを有するコントローラーを含む、項目１に記載のシステム。
［１０］
前記一つ以上の作業のモードが、開始モード、速度制御モード、連続動力モード、又は断続動力モードの少なくとも一つを含む、項目９に記載のシステム。
［１１］
ハイドロリックエネルギー移送システムが閾値範囲内で回転しているかを検出するように設計されているセンサーを含み、
前記コントローラーは、前記センサーに連結しており、前記センサーからのフィードバックに応答して、前記モーターシステムを制御する、
項目９に記載のシステム。
［１２］
システムであって、
第１流体及び第２流体の間の圧力を交換するように設計された回転型等圧式圧力交換装置（ＩＰＸ）、及び
ハイドロリックエネルギー移送システムに連結し、かつ前記ハイドロリックエネルギー移送システムに動力を与えるように設計されたモーターシステム
を含む、システム。
［１３］
前記第１流体が、実質的に粒子を含有しない流体であり、かつ前記第２流体が、粒子含有流体である、項目１２に記載のシステム。
［１４］
前記モーターシステムが、電気モーター、ハイドロリックモーター、空気圧モーター、又は燃焼モーターを含む、項目１２に記載のシステム。
［１５］
前記モーターシステムが、電気モーターを含み、
前記電気モーターは、第２の永久磁石又は第２の電磁石と相互作用するように設計された、前記回転型ＩＰＸのローター上の第１の永久磁石又は第１の電磁石を有する、
項目１２に記載のシステム。
［１６］
前記回転型ＩＰＸのローターとシャフトで連結しているハイドロリックタービンを含み、
前記ハイドロリックタービンは、前記ハイドロリックタービンを通過した流体流に反応してローターを回転させるように設計されている、
項目１２に記載のシステム。
［１７］
前記モーターシステムを制御するために設計された一つ以上の作業のモードを有するコントローラーを含み、
前記一つ以上の作業のモードが、開始モード、速度制御モード、連続動力モード、又は断続動力モードの少なくとも一つを含む、
項目１２に記載のシステム。
［１８］
回転型等圧式圧力交換装置（ＩＰＸ）内のローターの回転を監視すること、
ローターが閾値範囲外で回転している状態を検出すること、及び
前記状態に応答して、前記回転型ＩＰＸに連結しているモーターシステムを操作すること、
を含む方法。
［１９］
前記ローターの回転を監視することが、
コントローラーによって、流れセンサー、圧力センサー、トルクセンサー、回転速度センサー、音響センサー、磁気センサー、又は光学センサーを監視すること、
を含む、項目１８に記載の方法。
［２０］
前記状態に応答して前記モーターシステムを操作することが、
一つ以上の作業のモードを選択することを含み、
前記一つ以上の作業のモードが、開始モード、速度制御モード、連続動力モード、又は断続動力モードの少なくとも一つを含む、項目１８に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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