- Les fluides et leurs propriétés intéressantes
- Calcul de la pression
- Comment calculer le gradient de pression?
- Facteur de conversion de densité
- Références
Le gradient de pression est constitué des variations ou différences de pression dans une direction donnée, qui peuvent se produire à l'intérieur ou au bord d'un fluide. À son tour, la pression est la force par unité de surface exercée par un fluide (liquide ou gaz) sur les parois ou la bordure qui le contient.
Par exemple, dans une piscine remplie d'eau, il y a un gradient de pression positive dans la direction verticale descendante, car la pression augmente avec la profondeur. À chaque mètre (ou centimètre, pied, pouce) de profondeur, la pression croît linéairement.
Dans l'extraction d'huile, le gradient de pression est une quantité très importante. Source: pixabay.com
Cependant, à tous les points situés au même niveau, la pression est la même. Par conséquent, dans une piscine, le gradient de pression est nul (zéro) dans le sens horizontal.
Dans l'industrie pétrolière, le gradient de pression est très important. Si la pression au fond du trou est plus élevée qu'à la surface, l'huile sortira facilement. Sinon, la différence de pression devrait être créée artificiellement, soit par pompage, soit par injection de vapeur.
Les fluides et leurs propriétés intéressantes
Un fluide est tout matériau dont la structure moléculaire lui permet de s'écouler. Les liaisons qui maintiennent les molécules du fluide ensemble ne sont pas aussi fortes que dans le cas des solides. Cela leur permet d'opposer moins de résistance à la traction et donc à l'écoulement.
Cette circonstance se voit en observant que les solides conservent une forme fixe, tandis que les fluides, comme déjà mentionné, adoptent à un degré plus ou moins grand celui du récipient qui les contient.
Les gaz et les liquides sont considérés comme des fluides car ils se comportent de cette manière. Un gaz se dilate complètement pour remplir le volume du conteneur.
Les liquides, quant à eux, n'atteignent pas autant, puisqu'ils ont un certain volume. La différence est que les liquides peuvent être considérés comme incompressibles, contrairement aux gaz.
Sous pression, un gaz se comprime et s'adapte facilement, occupant tout le volume disponible. Lorsque la pression augmente, son volume diminue. Dans le cas d'un liquide, sa densité - donnée par le quotient entre sa masse et son volume - reste constante sur une large plage de pression et de température.
Cette dernière limitation est importante car en réalité, presque n'importe quelle substance peut se comporter comme un fluide dans certaines conditions de température et de pression extrêmes.
À l'intérieur de la terre où les conditions peuvent être considérées comme extrêmes, des roches qui seraient solides en surface, se fondent en magma et peuvent couler à la surface, sous forme de lave.
Calcul de la pression
Pour trouver la pression exercée par une colonne d'eau ou tout autre fluide, sur le fond du conteneur, le fluide sera considéré comme ayant les caractéristiques suivantes:
- Sa densité est constante
- Est incompressible
- C'est dans des conditions d'équilibre statique (repos)
Une colonne de fluide dans ces conditions exerce une force sur le fond du récipient qui le contient. Cette force équivaut à son poids W:
La densité est normalement mesurée en kilogrammes / mètres cubes (kg / m 3) ou en livres par gallon (ppg)
La pression hydrostatique P est définie comme le quotient entre la force exercée perpendiculairement sur une surface et sa surface A:
Pression = Force / Surface
En substituant le volume de la colonne de fluide V = aire de la base x hauteur de la colonne = Az, l'équation de pression devient:
La pression est une grandeur scalaire, dont les unités dans le système de mesure international sont Newton / mètre 2 ou Pascals (Pa). Les unités du système britannique sont largement utilisées, en particulier dans l'industrie pétrolière: livres par pouce carré (psi).
L'équation ci-dessus montre que les liquides plus denses exerceront une pression plus élevée. Et que la pression est d'autant plus grande que la surface sur laquelle elle s'exerce est petite.
En substituant le volume de la colonne de fluide V = aire de la base x hauteur de la colonne = Az, l'équation de pression est simplifiée:
L'équation ci-dessus montre que les liquides plus denses exerceront une pression plus élevée. Et que la pression est d'autant plus grande que la surface sur laquelle elle s'exerce est petite.
Comment calculer le gradient de pression?
L'équation P = ρgz indique que la pression P de la colonne de fluide augmente linéairement avec la profondeur z. Par conséquent, une variation ΔP de pression sera liée à une variation de profondeur Δz de la manière suivante:
Facteur de conversion de densité
Les unités du système anglais sont largement utilisées dans l'industrie pétrolière. Dans ce système, les unités du gradient de pression sont psi / ft ou psi / ft. Les autres unités pratiques sont le bar / mètre. La livre par gallon ou ppg est largement utilisée pour la densité.
Les valeurs de densité et de gravité spécifique de tout fluide ont été déterminées expérimentalement pour diverses conditions de température et de pression. Ils sont disponibles dans des tableaux de valeurs
Pour trouver la valeur numérique du gradient de pression entre différents systèmes d'unités, il faut utiliser des facteurs de conversion qui mènent directement de la densité au gradient.
Le facteur de conversion 0,052 est utilisé dans l'industrie pétrolière pour passer d'une densité en ppg à un gradient de pression en psi / ft. De cette façon, le gradient de pression est calculé comme ceci:
Références
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Physique pour la science et l'ingénierie. 2ieme volume. Mexique. Éditeurs d'apprentissage Cengage. 367-372.
- Manuel scolaire Well Control. Chapitre 01 Principes de pression.