TRYCKGRADIENT: VAD DET ÄR OCH HUR DET BERÄKNAS - FYSISK - 2025

Den tryckgradient består av variationer eller skillnader i tryck i en given riktning, som kan förekomma inuti eller vid gränsen av en fluid. I sin tur är tryck kraften per ytenhet som utövas av en vätska (vätska eller gas) på väggarna eller gränsen som innehåller den.

Till exempel i en pool fylld med vatten finns det en positiv tryckgradient i den nedåtgående vertikala riktningen, eftersom trycket ökar med djupet. Varje meter (eller centimeter, fot, tum) djup växer trycket linjärt.

Vid oljeutvinning är tryckgradienten en mycket viktig mängd. Källa: pixabay.com

Men på alla punkter som ligger på samma nivå är trycket detsamma. Därför är tryckgradienten i en pool noll (noll) i horisontell riktning.

I oljeindustrin är tryckgradienten mycket viktig. Om trycket i botten av hålet är högre än vid ytan, kommer oljan att komma ut lätt. I annat fall måste tryckskillnaden skapas konstgjort, antingen genom att pumpa eller injicera ånga.

Vätskor och deras intressanta egenskaper

En vätska är alla material vars molekylstruktur tillåter den att flöda. Bindningarna som håller molekylerna i vätskan samman är inte lika starka som för fasta ämnen. Detta gör att de kan motsätta sig mindre motstånd mot dragkraft och därför flyta.

Denna omständighet kan ses genom att observera att fasta ämnen upprätthåller en fast form medan fluider, som redan nämnts, antar i större eller mindre grad den för behållaren som innehåller dem.

Gaser och vätskor anses vara vätskor eftersom de beter sig på detta sätt. En gas expanderar helt för att fylla behållarens volym.

Vätskor å andra sidan når inte så mycket eftersom de har en viss volym. Skillnaden är att vätskor kan anses vara inkomprimerbara, medan gaser inte kan.

Under tryck komprimeras och anpassas en gas lätt och upptar all tillgänglig volym. När trycket ökar minskar volymen. När det gäller en vätska förblir densitet - givet av kvoten mellan dess massa och dess volym - konstant över ett brett intervall av tryck och temperatur.

Denna sista begränsning är viktig eftersom nästan alla ämnen i verkligheten kan fungera som en vätska under vissa förhållanden med extrem temperatur och tryck.

I jordens inre, där förhållandena kan betraktas som extrema, smälter stenar som skulle vara solida på ytan till magma och kan rinna till ytan, i form av lava.

Beräkning av tryck

För att hitta trycket som utövas av en kolonn med vatten eller någon annan vätska, på behållarens golv, kommer vätskan att anses ha följande egenskaper:

• Dess densitet är konstant
• Är inkomprimerbar
• Det är i statiska jämvikt (vila)

En vätskekolonn under dessa förhållanden utövar en kraft på botten av behållaren som innehåller den. Denna kraft motsvarar sin vikt W:

Densitet mäts normalt i kilogram / kubikmeter (kg / m ³ ) eller pund per gallon (ppg)

Det hydrostatiska trycket P definieras som kvoten mellan kraften som utövas vinkelrätt på en yta och dess area A:

Tryck = kraft / område

Genom att ersätta volym av vätskekolonnen V = arean för basen x höjden av kolonnen = Az, blir tryckekvationen:

Tryck är en skalmängd vars enheter i det internationella mätsystemet är Newton / meter ² eller Pascals (Pa). Enheter i det brittiska systemet används i stor utsträckning, särskilt inom oljeindustrin: pund per kvadrat tum (psi).

Ovanstående ekvation visar att tätare vätskor kommer att utöva större tryck. Och att trycket är större ju mindre ytan som det utövas på.

Genom att ersätta volymen för vätskekolonnen V = arean av basen x höjden av kolonnen = Az, förenklas tryckekvationen:

Ovanstående ekvation visar att tätare vätskor kommer att utöva större tryck. Och att trycket är större ju mindre ytan som det utövas på.

Hur beräknar man tryckgradienten?

Ekvationen P = ρgz indikerar att vätskekolonnens tryck P ökar linjärt med djup z. Därför kommer en variation ΔP i tryck att vara relaterad till en variation i djupet Δz på följande sätt:

Densitetsomvandlingsfaktor

Enheter i det engelska systemet används i stor utsträckning i oljeindustrin. I detta system är enheterna för tryckgradienten psi / ft eller psi / ft. Andra praktiska enheter är bar / meter. Pund per gallon eller ppg används ofta för densitet.

Densiteten och den specifika tyngdkraften för någon vätska har bestämts experimentellt för olika temperatur- och tryckbetingelser. De finns i värdetabeller

För att hitta det numeriska värdet för tryckgradienten mellan olika enhetssystem måste man använda omvandlingsfaktorer som leder från densiteten direkt till lutningen.

Omvandlingsfaktorn 0,052 används i oljeindustrin för att gå från en densitet i ppg till en tryckgradient i psi / ft. På detta sätt beräknas tryckgradienten så här:

referenser

1. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 2. Mexico. Cengage Learning Editors. 367-372.
2. Well Control School Manual. Kapitel 01 Principer för tryck.