¿El flujo debe ser supersónico para que las perturbaciones no afecten aguas arriba?

Estoy estudiando la producción de petróleo y encontré un dato que me desconcertó. Establece que el flujo de fluido aguas abajo del cabezal del pozo debe ser supercrítico para no perturbar el flujo aguas arriba del mismo. De PetroWiki:

Un estrangulador de cabeza de pozo controla la presión superficial y la tasa de producción de un pozo. Los estranguladores generalmente se seleccionan de modo que las fluctuaciones en la presión de la línea aguas abajo del estrangulador no tengan efecto en la tasa de producción. Esto requiere que el flujo a través del estrangulador esté en condiciones críticas de flujo.

Entonces aprendí que el flujo (super)crítico es cuando el número de Froude es ≥ 1 , y, según múltiples fuentes, el número de Froude es la velocidad del flujo dividida por alguna velocidad característica , que varía de un caso a otro:

  • Thermopedia parece sugerir que esta es la velocidad del sonido:

Se forma un plano obstruido en este lugar, y las reducciones adicionales en la presión aguas abajo no tienen efecto sobre las condiciones aguas arriba, ya que las ondas de rarefacción viajan a la velocidad del sonido local y se estancan en el plano obstruido.

  • Wikipedia parece sugerir que esta es la velocidad de grupo de alguna perturbación (como la ondulación):

La información viaja a la velocidad de la onda. Esta es la velocidad a la que las ondas viajan hacia afuera desde un guijarro arrojado a un lago.

Tiendo a creer más en lo segundo, ya que me parece muy poco probable que el aceite viaje a más de 1500 m/s en las tuberías, pero estoy confundido.

Entonces, ¿cuál debe ser la velocidad del aceite en la tubería? ¿La velocidad del sonido (~1500 m/s), la velocidad de algún tipo de ondulación (1-10 m/s, mucho más razonable) o algo completamente diferente?

@KyleKanos gracias. Como dijiste en esa respuesta, también me parece extraño que C = s q r t ( gramo H ) y creo que no tiene sentido para el flujo de tuberías. Además, no sabría cuál sería un momento característico para este escenario.
Ligera corrección: usando C = L / τ en lugar de C = gramo H porque las olas poco profundas me confunden. Estoy perfectamente cómodo con este último; tenga en cuenta que esto no se aplica a su problema aquí porque no tiene ondas de gravedad.

Respuestas (2)

La velocidad del sonido depende de la frecuencia del sonido (dispersión). El flujo debe ser localmente más rápido que la frecuencia de las perturbaciones aguas abajo. Si estos últimos son tales que su velocidad del sonido es pequeña, la velocidad del flujo local también puede elegirse pequeña.

Tenga en cuenta que la velocidad del sonido depende también de la fracción vacía. Si hay burbujas (incluso localmente, debido a la despresurización local (cavitación)), la velocidad crítica o del sonido será menor.

¿Es la velocidad de fase o de grupo de las perturbaciones la que debe ser excedida por la velocidad del flujo local? Además, ¿todas las velocidades de fase individuales son aproximadamente iguales a la velocidad "oficial" del sonido en el medio?
No sé sobre las propiedades del aceite, por lo que no puedo responder. Y compararía la propagación de un frente de onda con la velocidad local.
Perdóname, pero no tengo una formación sólida en teoría de ondas. Una búsqueda rápida me llevó a un artículo ( goo.gl/sJ1u6V ) que me llevó a creer que las velocidades del frente de onda para una válvula que se cierra en un flujo de agua sin vacío estarían cerca de la velocidad del sonido (él encuentra ~1432m/s). Con vacíos, sin embargo, esto podría ser mucho menor, supongo.

Diecisiete meses después, encontré la respuesta. Lo que describí en la pregunta se llama flujo ahogado .

Significa que, en el estrangulador , la velocidad del fluido debe ser supersónica para "cortar" las perturbaciones provenientes de aguas abajo. Ergo, la velocidad del fluido no necesita ser supersónica en toda la tubería.

Además, se logra solo para flujo de gas puro o multifásico (petróleo + gas), nunca para flujo de petróleo puro, que es lo que me desconcertó inicialmente.

¿El flujo debe ser supersónico para que las perturbaciones no afecten aguas arriba?
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