ГРАДИЕНТ ДАВЛЕНИЯ: ЧТО ЭТО ТАКОЕ И КАК РАССЧИТЫВАЕТСЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Градиент давления состоит из вариаций или различий в давлении в заданном направлении, которое может произойти внутри или на границе жидкости. В свою очередь, давление - это сила, приходящаяся на единицу площади, которую оказывает жидкость (жидкость или газ) на стенки или границу, которые ее содержат.

Например, в бассейне, наполненном водой, существует положительный градиент давления в нисходящем вертикальном направлении, потому что давление увеличивается с глубиной. С каждым метр (или сантиметр, фут, дюйм) глубины давление линейно растет.

При добыче нефти очень важна величина перепада давления. Источник: pixabay.com

Однако во всех точках, расположенных на одном уровне, давление одинаковое. Следовательно, в бассейне градиент давления равен нулю (нулю) в горизонтальном направлении.

В нефтяной промышленности очень важен градиент давления. Если давление на дне отверстия выше, чем на поверхности, масло будет выходить легко. В противном случае перепад давления пришлось бы создавать искусственно, путем перекачки или нагнетания пара.

Жидкости и их интересные свойства

Жидкость - это любой материал, молекулярная структура которого позволяет ему течь. Связи, удерживающие молекулы жидкости вместе, не такие сильные, как в случае твердых тел. Это позволяет им оказывать меньшее сопротивление тяговому усилию и, следовательно, течению.

Это обстоятельство можно оценить, наблюдая, что твердые тела сохраняют фиксированную форму, в то время как жидкости, как уже упоминалось, принимают в большей или меньшей степени форму контейнера, в котором они находятся.

Газы и жидкости считаются жидкостями, потому что они ведут себя подобным образом. Газ полностью расширяется и заполняет емкость.

С другой стороны, жидкости не достигают такого количества, поскольку они имеют определенный объем. Разница в том, что жидкости можно считать несжимаемыми, а газы - нет.

Под давлением газ легко сжимается и адаптируется, занимая весь доступный объем. При повышении давления его объем уменьшается. В случае жидкости ее плотность, определяемая отношением ее массы к ее объему, остается постоянной в широком диапазоне давления и температуры.

Это последнее ограничение важно, поскольку в действительности почти любое вещество может вести себя как жидкость при определенных условиях экстремальной температуры и давления.

В недрах земли, где условия можно считать экстремальными, горные породы, которые были бы твердыми на поверхности, плавятся в магму и могут вытекать на поверхность в виде лавы.

Расчет давления

Чтобы найти давление, оказываемое столбом воды или любой другой жидкости на дно контейнера, считается, что жидкость имеет следующие характеристики:

• Его плотность постоянна
• Несжимаемый
• Находится в условиях статического равновесия (покоя)

Столб жидкости в этих условиях оказывает давление на дно контейнера, в котором он находится. Эта сила эквивалентна его весу W:

Плотность обычно измеряется в килограммах / кубических метрах (кг / м ³ ) или фунтах на галлон (ppg).

Гидростатическое давление P определяется как отношение силы, действующей перпендикулярно к поверхности, и ее площади A:

Давление = Сила / Площадь

Подставляя объем столба жидкости V = площадь основания x высота столба = Az, уравнение давления принимает следующий вид:

Давление - это скалярная величина, единицы измерения которой в международной системе измерения - Ньютон на метр ² или Паскали (Па). Широко используются единицы британской системы, особенно в нефтяной промышленности: фунты на квадратный дюйм (psi).

Приведенное выше уравнение показывает, что более плотные жидкости будут оказывать большее давление. И давление тем больше, чем меньше поверхность, на которую оно действует.

Подставляя объем столба жидкости V = площадь основания x высота столба = Az, уравнение давления упрощается:

Приведенное выше уравнение показывает, что более плотные жидкости будут оказывать большее давление. И давление тем больше, чем меньше поверхность, на которую оно действует.

Как рассчитать градиент давления?

Уравнение P = ρgz указывает, что давление P столба жидкости линейно увеличивается с глубиной z. Следовательно, изменение давления ΔP будет связано с изменением глубины Δz следующим образом:

Коэффициент преобразования плотности

Единицы английской системы широко используются в нефтяной промышленности. В этой системе единицами измерения градиента давления являются фунты на квадратный дюйм / фут или фунт на квадратный дюйм / фут. Другие удобные единицы измерения - бар / метр. Фунт на галлон или ppg широко используется для плотности.

Значения плотности и удельного веса любой жидкости были определены экспериментально для различных условий температуры и давления. Они доступны в таблицах значений.

Чтобы найти числовое значение градиента давления между различными системами единиц, необходимо использовать коэффициенты преобразования, которые ведут от плотности непосредственно к градиенту.

Коэффициент преобразования 0,052 используется в нефтяной промышленности для перехода от плотности в фунтах на галлон к градиенту давления в фунтах на квадратный дюйм / фут. Таким образом, градиент давления рассчитывается следующим образом:

Ссылки

1. Сервей, Р., Джуэтт, Дж. (2008). Физика для науки и техники. Том 2. Мексика. Учебные редакторы Cengage. 367-372.
2. Руководство школы по контролю за скважиной. Глава 01 Принципы давления.