的压力梯度是由在给定方向上的变化或压力差,它可以内部或在流体的边界发生的。反过来,压力是流体(液体或气体)在包含压力的壁或边界上每单位面积所施加的力。
例如,在充满水的水池中,由于压力随深度增加,因此在垂直向下的方向上存在正压力梯度。每深一米(或厘米,英尺,英寸),压力就会线性增长。
在采油中,压力梯度非常重要。资料来源:foto.com
但是,在所有位于相同高度的点上,压力是相同的。因此,在游泳池中,压力梯度在水平方向上为零(零)。
在石油工业中,压力梯度非常重要。如果孔底部的压力高于表面压力,则油很容易排出。否则,必须通过泵送或注入蒸汽来人为地产生压力差。
流体及其有趣的特性
流体是分子结构允许其流动的任何材料。将流体分子保持在一起的键不像固体一样牢固。这使它们对牵引力和流动的阻力较小。
这种情况可以通过观察到固体保持固定的形状而看到,而正如已经提到的,流体或多或少地采用了容纳固体的容器的形状。
气体和液体被认为是流体,因为它们以这种方式运行。气体完全膨胀以填充容器的体积。
就液体而言,由于它们具有一定的体积,因此不会达到那么多。区别在于,可以将液体视为不可压缩的,而将气体视为不可压缩的。
在压力下,气体压缩并易于适应,占据了所有可用体积。当压力增加时,其体积减小。对于液体,其密度(由质量与体积之比决定)在很大的压力和温度范围内保持恒定。
最后一个限制很重要,因为实际上,几乎所有物质在极端温度和压力的某些条件下都可以表现得像流体。
在可能被认为是极端条件的地球内部,原本会在表层固结的岩石融化成岩浆,然后会以熔岩的形式流到地表。
压力计算
为了找到一列水或任何其他流体施加在容器底板上的压力,该流体将被认为具有以下特征:
- 密度恒定
- 不可压缩
- 它处于静态平衡状态(静止)
在这种情况下,一列流体会在装有该流体的容器底部施加力。此力等于其重量W:
密度通常以千克/立方米(kg / m 3)或磅/加仑(ppg)为单位
静水压力P定义为垂直施加在表面上的力与其面积A之比:
压力=力/面积
用流体柱体积V =柱底面积x柱高= Az,压力方程变为:
压力是一个标量,在国际测量系统中,其单位是牛顿/米2或帕斯卡(Pa)。英国制单位被广泛使用,特别是在石油工业中:磅每平方英寸(psi)。
上式表明,稠密的液体将施加更大的压力。并且压力越大,施加压力的表面越小。
通过替换流体柱的体积V =基础面积x柱高= Az,可以简化压力方程式:
上式表明,稠密的液体将施加更大的压力。并且压力越大,施加压力的表面越小。
如何计算压力梯度?
等式P =ρgz表示液柱压力P随深度z线性增加。因此,压力变化量ΔP将通过以下方式与深度变化量z相关:
密度换算系数
英语系统的单位在石油工业中被广泛使用。在该系统中,压力梯度的单位为psi / ft或psi / ft。其他方便的单位是巴/米。磅/加仑或ppg被广泛用于密度。
对于各种温度和压力条件,已经通过实验确定了任何流体的密度和比重值。它们在值表中可用
为了找到不同单位系统之间压力梯度的数值,必须使用从密度直接导致压力梯度的转换因子。
转换因子0.052在石油工业中用于使密度从ppg升高到psi / ft的压力梯度。这样,压力梯度的计算如下:
参考文献
- Serway,R.,Jewett,J。(2008)。科学与工程物理。卷2。墨西哥。参与学习编辑。367-372。
- 井控学校手册。第01章压力原理。