- Vloeistoffen en hun interessante eigenschappen
- Berekening van druk
- Hoe de drukgradiënt berekenen?
- Conversiefactor voor dichtheid
- Referenties
De drukgradiënt bestaat uit de variaties of verschillen in druk in een bepaalde richting die kunnen optreden binnen of aan de rand van een vloeistof. Druk is op zijn beurt de kracht per oppervlakte-eenheid die wordt uitgeoefend door een vloeistof (vloeistof of gas) op de wanden of rand die het bevat.
In een met water gevuld zwembad is er bijvoorbeeld een positieve drukgradiënt in neerwaartse verticale richting, omdat de druk toeneemt met de diepte. Elke meter (of centimeter, voet, inch) diepte, de druk groeit lineair.
Bij oliewinning is de drukgradiënt een zeer belangrijke grootheid. Bron: pixabay.com
Op alle punten op hetzelfde niveau is de druk echter hetzelfde. Daarom is in een zwembad de drukgradiënt nul (nul) in horizontale richting.
In de olie-industrie is de drukgradiënt erg belangrijk. Als de druk aan de onderkant van het gat hoger is dan aan de oppervlakte, dan zal de olie gemakkelijk naar buiten komen. Anders zou het drukverschil kunstmatig moeten worden gecreëerd, hetzij door het pompen of injecteren van stoom.
Vloeistoffen en hun interessante eigenschappen
Een vloeistof is elk materiaal waarvan de moleculaire structuur het laat stromen. De bindingen die de moleculen van de vloeistof bij elkaar houden, zijn niet zo sterk als in het geval van vaste stoffen. Hierdoor kunnen ze minder weerstand bieden tegen tractie en dus stroming.
Deze omstandigheid kan worden gezien door te observeren dat vaste stoffen een vaste vorm behouden, terwijl vloeistoffen, zoals reeds vermeld, in meer of mindere mate die van de houder aannemen die ze bevat.
Gassen en vloeistoffen worden als vloeistoffen beschouwd omdat ze zich op deze manier gedragen. Een gas zet volledig uit om het volume van de container te vullen.
Vloeistoffen bereiken daarentegen niet zo veel, omdat ze een bepaald volume hebben. Het verschil is dat vloeistoffen als onsamendrukbaar kunnen worden beschouwd, terwijl gassen dat niet kunnen.
Onder druk comprimeert en past een gas zich gemakkelijk aan, waarbij het al het beschikbare volume bezet. Wanneer de druk toeneemt, neemt het volume af. In het geval van een vloeistof blijft de dichtheid ervan - gegeven door het quotiënt tussen zijn massa en zijn volume - constant over een breed bereik van druk en temperatuur.
Deze laatste beperking is belangrijk omdat in werkelijkheid bijna elke stof zich onder bepaalde omstandigheden van extreme temperatuur en druk als een vloeistof kan gedragen.
In het binnenste van de aarde, waar de omstandigheden als extreem kunnen worden beschouwd, smelten rotsen die aan de oppervlakte vast zouden zijn, in magma en kunnen naar de oppervlakte stromen in de vorm van lava.
Berekening van druk
Om de druk te vinden die wordt uitgeoefend door een waterkolom of een andere vloeistof op de bodem van de container, wordt aangenomen dat de vloeistof de volgende kenmerken heeft:
- De dichtheid is constant
- Is onsamendrukbaar
- Het is in een toestand van statisch evenwicht (rust)
Een vloeistofkolom onder deze omstandigheden oefent een kracht uit op de bodem van de container waarin het zich bevindt. Deze kracht is gelijk aan zijn gewicht W:
De dichtheid wordt normaal gemeten in kilogram / kubieke meter (kg / m 3 ) of ponden per gallon (ppg)
De hydrostatische druk P wordt gedefinieerd als het quotiënt tussen de kracht die loodrecht op een oppervlak wordt uitgeoefend en zijn oppervlak A:
Druk = kracht / oppervlakte
Door het volume van de vloeistofkolom V = oppervlakte van de basis x hoogte van de kolom = Az te vervangen, wordt de drukvergelijking:
Druk is een scalaire grootheid, waarvan de eenheden in het internationale meetsysteem Newton / meter 2 of Pascals (Pa) zijn. Eenheden van het Britse systeem worden veel gebruikt, vooral in de olie-industrie: pounds per square inch (psi).
De bovenstaande vergelijking laat zien dat vloeistoffen met een hogere dichtheid een grotere druk zullen uitoefenen. En dat de druk groter is hoe kleiner het oppervlak waarop het wordt uitgeoefend.
Door het volume van de vloeistofkolom V = oppervlakte van basis x hoogte van kolom = Az te vervangen, wordt de drukvergelijking vereenvoudigd:
De bovenstaande vergelijking laat zien dat vloeistoffen met een hogere dichtheid een grotere druk zullen uitoefenen. En dat de druk groter is hoe kleiner het oppervlak waarop het wordt uitgeoefend.
Hoe de drukgradiënt berekenen?
De vergelijking P = ρgz geeft aan dat de druk P van de vloeistofkolom lineair toeneemt met diepte z. Daarom zal een variatie ΔP in druk op de volgende manier verband houden met een variatie in diepte Δz:
Conversiefactor voor dichtheid
Eenheden van het Engelse systeem worden veel gebruikt in de olie-industrie. In dit systeem zijn de eenheden van de drukgradiënt psi / ft of psi / ft. Andere handige eenheden zijn bar / meter. Pound per gallon of ppg wordt veel gebruikt voor dichtheid.
De waarden voor dichtheid en soortelijk gewicht van elk fluïdum zijn experimenteel bepaald voor verschillende temperatuur- en drukomstandigheden. Ze zijn beschikbaar in waardetabellen
Om de numerieke waarde van de drukgradiënt tussen verschillende eenhedenstelsels te vinden, moet men conversiefactoren gebruiken die van de dichtheid rechtstreeks naar de gradiënt leiden.
De conversiefactor 0,052 wordt in de olie-industrie gebruikt om van een dichtheid in ppg naar een drukgradiënt in psi / ft te gaan. Op deze manier wordt de drukgradiënt als volgt berekend:
Referenties
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Physics for Science and Engineering. Deel 2. Mexico. Cengage Learning Editors. 367-372.
- Well Control School Manual. Hoofdstuk 01 Principes van druk.