ГРАДІЄНТ ТИСКУ: ЩО ЦЕ ТАКЕ І ЯК ВІН РОЗРАХОВУЄТЬСЯ - ФІЗИЧНІ - 2025

Градієнт тиску складається з варіацій або відмінностей в тиску в заданому напрямку, яке може відбутися всередині або на кордоні рідини. У свою чергу, тиск - це сила на одиницю площі, що чиниться рідиною (рідиною або газом) на стінки або бордюр, який її містить.

Наприклад, у басейні, наповненому водою, є позитивний градієнт тиску у вертикальному напрямку вниз, оскільки тиск зростає з глибиною. Кожен метр (або сантиметр, фут, дюйм) глибини тиск лінійно зростає.

При видобутку олії градієнт тиску є дуже важливою кількістю. Джерело: pixabay.com

Однак у всіх точках, розташованих на одному рівні, тиск однаковий. Тому в плавальному басейні градієнт тиску дорівнює нулю (нуль) в горизонтальному напрямку.

У нафтовій промисловості градієнт тиску дуже важливий. Якщо тиск на дні отвору вище, ніж на поверхні, то масло вийде легко. В іншому випадку різницю тиску доведеться створювати штучно, відкачуючи або впорскуючи пар.

Рідини та їх цікаві властивості

Рідина - це будь-який матеріал, молекулярна структура якого дозволяє йому текти. Зв’язки, які утримують молекули рідини разом, не такі міцні, як у випадку твердих тіл. Це дозволяє їм протиставити менший опір тязі і, отже, потоку.

Цю обставину оцінюють, спостерігаючи, що тверді речовини підтримують фіксовану форму, а рідини, як уже було сказано, приймають у більшій чи меншій мірі вміст контейнера, який їх містить.

Гази і рідини вважаються рідинами, оскільки вони поводяться таким чином. Газ повністю розширюється, щоб заповнити об'єм контейнера.

Рідини зі свого боку не так сильно досягають, оскільки мають певний об’єм. Різниця полягає в тому, що рідини можна вважати негосними, тоді як гази не можуть.

Під тиском газ легко стискається і адаптується, займаючи весь наявний об'єм. Коли тиск зростає, його об'єм зменшується. Що стосується рідини, то її щільність - задана коефіцієнтом між її масою та об'ємом - залишається постійною у широкому діапазоні тиску та температури.

Останнє обмеження є важливим, оскільки насправді майже будь-яка речовина може поводитись як рідина за певних умов екстремальної температури та тиску.

У надрах землі, де умови можна вважати екстремальними, скелі, які були б твердими на поверхні, плавляться в магму і можуть витікати на поверхню, у вигляді лави.

Розрахунок тиску

Щоб знайти тиск, який чинить стовпчик води або будь-якої іншої рідини, на підлогу ємності вважається, що рідина має такі характеристики:

• Його щільність постійна
• Нестислимий
• Це в умовах статичної рівноваги (спокою)

Стовп рідини в цих умовах чинить силу на дно ємності, що містить його. Ця сила еквівалентна його вазі Вт:

Щільність зазвичай вимірюється в кілограмах / кубічних метрах (кг / м ³ ) або фунтах на галон (в ppg)

Гідростатичний тиск P визначається як коефіцієнт між силою, яка чиниться перпендикулярно поверхні і її площею A:

Тиск = сила / область

Підміняючи об'єм стовпчика рідини V = площа основи х висота стовпця = Az, рівняння тиску стає:

Тиск - скалярна величина, одиницями якої в міжнародній системі вимірювань є Ньютон / метр ² або Паскаль (Па). Агрегати британської системи широко застосовуються, особливо в нафтовій промисловості: фунти на квадратний дюйм (фунт / дюйм).

Наведене рівняння показує, що щільніші рідини чинять більший тиск. І чим більше тиск, тим менша поверхня, на яку він чиниться.

Замінивши об'єм стовпчика рідини V = площа основи х висота стовпця = Az, рівняння тиску спрощується:

Наведене рівняння показує, що щільніші рідини чинять більший тиск. І чим більше тиск, тим менша поверхня, на яку він чиниться.

Як розрахувати градієнт тиску?

Рівняння P = ρgz вказує на те, що тиск P стовпа рідини збільшується лінійно з глибиною z. Тому коливання тиску ΔP буде пов'язане із зміною глибини Δz наступним чином:

Коефіцієнт перетворення щільності

Агрегати англійської системи широко застосовуються в нафтовій промисловості. У цій системі одиницями градієнта тиску є фунт / фут або фунт / фут / фут. Інші зручні одиниці - бар / метр. Для густоти широко використовується фунт на галон або ppg.

Значення щільності та питомої ваги будь-якої рідини були експериментально визначені для різних температур і тиску. Вони доступні в таблицях значень

Щоб знайти числове значення градієнта тиску між різними системами одиниць, необхідно використовувати коефіцієнти перетворення, які ведуть з щільності безпосередньо до градієнта.

Коефіцієнт перетворення 0,052 використовується в нафтовій промисловості, щоб перейти від щільності в ppg до градієнта тиску в фунт / фут. Таким чином, градієнт тиску обчислюється так:

Список літератури

1. Serway, R., Jewett, J. (2008). Фізика для науки та техніки. Том 2. Мексика. Cengage Learning Editors. 367-372.
2. Посібник з управління свердловинами. Глава 01 Принципи тиску.