Glossaire des Termes Techniques Utilisé dans Drilling & Well Completion: Sub Critical (flow)

Sub Critical (flow)

Écoulement Subcritique : Un Concept Essentiel dans les Opérations Pétrolières et Gazières

L'écoulement subcritique est un concept fondamental dans la production pétrolière et gazière, notamment dans la conception des puits et l'optimisation de la production. Il se réfère à un régime d'écoulement où la vitesse du fluide est inférieure à la vitesse du son, ce qui signifie que le fluide reste compressible. Comprendre l'écoulement subcritique est essentiel pour que les ingénieurs puissent prédire et contrôler le comportement des fluides dans les pipelines et les puits, assurant ainsi des opérations sûres et efficaces.

Caractéristiques clés de l'écoulement subcritique :

  • La vitesse du fluide est inférieure à la vitesse du son. Cela implique que les particules du fluide se déplacent plus lentement que la vitesse à laquelle le son se déplace à travers le fluide.
  • Fluide compressible : La densité du fluide peut changer considérablement avec les variations de pression.
  • La chute de pression est progressive : La diminution de pression le long du trajet d'écoulement est relativement lisse.
  • Pas de chocs ou de booms soniques : Comme la vitesse du fluide est inférieure à la vitesse sonique, il n'y a pas de changements de pression brusques ni de formation de chocs.

Écoulement subcritique vs. Écoulement subsonique :

Bien que les termes subcritique et subsonique soient souvent utilisés de manière interchangeable dans le secteur pétrolier et gazier, il existe une distinction subtile :

  • Écoulement subcritique : Se réfère spécifiquement à l'écoulement de fluide dans les tuyaux et les puits, où la vitesse du fluide est inférieure à la vitesse du son dans le fluide lui-même.
  • Écoulement subsonique : Un terme plus large englobant tout écoulement où l'objet ou le fluide se déplace à une vitesse inférieure à la vitesse du son dans le milieu environnant (généralement l'air).

Applications dans le secteur pétrolier et gazier :

L'écoulement subcritique est crucial pour divers aspects des opérations pétrolières et gazières, notamment :

  • Conception des pipelines : Les ingénieurs tiennent compte du régime d'écoulement pour déterminer le diamètre des tuyaux, les classes de pression et les débits. L'écoulement subcritique permet un transport plus efficace et plus sûr des fluides.
  • Production de puits : Comprendre le régime d'écoulement permet de déterminer les taux de production optimaux et d'éviter des problèmes tels que l'instabilité du puits.
  • Systèmes de soulèvement artificiel : L'optimisation du régime d'écoulement à travers les pompes et autres équipements garantit un soulèvement et un transport efficaces des fluides.
  • Mesure du débit : La mesure précise des débits dans des conditions subcritiques est essentielle pour la comptabilité de la production et l'optimisation.

Conclusion :

Comprendre l'écoulement subcritique est essentiel pour les professionnels du secteur pétrolier et gazier afin de garantir des opérations efficaces, sûres et rentables. En comprenant ses caractéristiques et ses applications, les ingénieurs peuvent optimiser la production, minimiser les risques et maximiser les profits dans l'industrie pétrolière et gazière.


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Quiz: Subcritical Flow in Oil & Gas

Instructions: Choose the best answer for each question.

1. What is the key characteristic that defines subcritical flow?

a) Fluid velocity exceeding the speed of sound b) Fluid velocity below the speed of sound c) Fluid density remaining constant despite pressure changes d) Significant pressure drop along the flow path

Answer

b) Fluid velocity below the speed of sound

2. Which of the following is NOT a characteristic of subcritical flow?

a) Compressible fluid b) Gradual pressure drop c) Presence of shockwaves d) No sonic booms

Answer

c) Presence of shockwaves

3. How does the concept of subcritical flow apply to pipeline design?

a) Determining the optimal pressure for maximum flow rate b) Predicting the formation of gas bubbles in the pipeline c) Selecting appropriate pipe diameter and pressure ratings d) Identifying potential corrosion issues in the pipeline

Answer

c) Selecting appropriate pipe diameter and pressure ratings

4. What is the main difference between subcritical flow and subsonic flow?

a) Subcritical flow refers only to fluid flow in pipelines, while subsonic flow is broader. b) Subcritical flow considers the speed of sound in air, while subsonic flow considers the speed of sound in the fluid. c) Subsonic flow is a specific type of subcritical flow, applicable to gas pipelines. d) There is no significant difference between the two terms.

Answer

a) Subcritical flow refers only to fluid flow in pipelines, while subsonic flow is broader.

5. Why is understanding subcritical flow crucial for well production optimization?

a) To prevent the formation of gas hydrates in the wellbore b) To determine optimal production rates and prevent wellbore instability c) To predict the lifespan of the well based on reservoir pressure d) To identify potential leaks in the well casing

Answer

b) To determine optimal production rates and prevent wellbore instability

Exercise: Subcritical Flow in a Pipeline

Scenario: An oil pipeline with a diameter of 1 meter transports crude oil at a flow rate of 1000 m³/h. The oil has a density of 850 kg/m³ and a viscosity of 0.001 Pa·s.

Task: Determine if the flow in this pipeline is subcritical or supercritical. Explain your reasoning using relevant calculations and concepts.

Exercice Correction

To determine if the flow is subcritical or supercritical, we need to calculate the flow velocity and compare it to the speed of sound in the oil.

1. **Calculate the flow velocity:**

Flow velocity (v) = Flow rate (Q) / Cross-sectional area (A)

A = π (d/2)² = π (1m/2)² = 0.785 m²

v = 1000 m³/h / 0.785 m² = 1273.2 m/h ≈ 0.35 m/s

2. **Estimate the speed of sound in the oil:**

The speed of sound in liquids is generally around 1500 m/s. For a rough estimate, we can use this value.

3. **Compare the velocity and speed of sound:**

The calculated flow velocity (0.35 m/s) is significantly lower than the estimated speed of sound in the oil (1500 m/s).

**Conclusion:**

Since the flow velocity is below the speed of sound in the oil, the flow in this pipeline is **subcritical**.


Books

  • "Fundamentals of Pipeline Engineering" by E.L. Thuesen & W.R. Spangler: Covers comprehensive aspects of pipeline design and operation, including flow regimes and fluid mechanics.
  • "Petroleum Production Systems" by John D. Brill: A comprehensive text on oil and gas production systems, encompassing wellbore flow, fluid flow in pipelines, and relevant fluid mechanics concepts.
  • "Multiphase Flow in Wells and Pipelines" by Jean-Claude Slattery: Provides a detailed analysis of multiphase flow, which is prevalent in oil and gas operations, covering flow regimes, pressure drop, and other relevant aspects.

Articles

  • "Subcritical Flow in Pipelines: A Practical Guide" by J.R. Black: This article focuses on the practical aspects of subcritical flow in pipelines, covering pressure drop calculations, flow rate determination, and related topics.
  • "Flow Regimes in Oil and Gas Wells" by T.N. Dixon: A detailed analysis of flow regimes in wells, highlighting the importance of subcritical flow in wellbore stability and production optimization.
  • "The Impact of Subcritical Flow on Artificial Lift Systems" by S. K. Jain: Discusses the role of subcritical flow in optimizing the performance of artificial lift systems, such as pumps and gas lift systems.

Online Resources

  • SPE (Society of Petroleum Engineers) website: Explore the SPE library for numerous articles, research papers, and presentations on various aspects of oil and gas production, including subcritical flow.
  • Oil and Gas Journal (OGJ): This publication regularly features articles and technical papers on subcritical flow and other related topics in the oil and gas industry.
  • Schlumberger Oilfield Glossary: A comprehensive online glossary defining key terms related to oil and gas operations, including subcritical flow and its applications.

Search Tips

  • Combine keywords: Use phrases like "subcritical flow oil and gas," "subcritical flow in pipelines," or "subcritical flow wellbore design" for more relevant search results.
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