مفهوم گرادیان فشار در مهندسی نفت به زبان ساده

ارتباط بین “فشار و عمق” یک رابطه اساسی در صنعت نفت است. درک شما از این مفهوم بسیار مهم است. ساده ترین راه برای محاسبه فشار از عمق، استفاده از گرادیان فشار سیال داده شده است.

گرادیان فشار برای سیالات تراکم ناپذیر دارای واحد فشار/عمق است. به عنوان مثال، psi/ft.

گرادیان فشار به سادگی با استفاده از چگالی سیال و تبدیل واحد محاسبه می شود. چگالی آب خالص ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. برای تبدیل به گرادیان:

• ۱ kg = 2.2 pounds
• ۱ m = 39.37 inches
• ۱ m = 3.28 feet

۰.۴۳۳ گرادیان آب خالص (SG = 1) است، آن را به خاطر بسپارید.

نکته: وزن مخصوص همیشه نسبت به آب خالص سنجیده می شود.

محاسبه گرادیان فشار:

بیشتر اوقات به شما گرادیان سیال (fluid gradient) یا وزن مخصوص متوسط (average specific gravity) داده نمی شود، باید آن را محاسبه کنید.

ابتدا وزن مخصوص میانگین را محاسبه کنید:

Average SG = SG of water x Water Cut + SG of oil x (1-Water Cut)

سپس گرادیان را محاسبه کنید:

Average Gradient = 0.433 x Average SG

اگر به جای SG مقدار API gravity نفت به شما داده شود، از این فرمول استفاده کنید:

مثال:

WC = 70%

Water SG = 1.04

Oil Gravity = 36 °API

Calculate the average Gradient:

• Oil density = 141.5 / (131.5 + 36) = 0.845
• Average density = 1.04×۰.۷ + ۰.۸۴۵×۰.۳ = ۰.۹۸۱۵
• Average Gradient = 0.433 x 0.9815 = ۰.۴۲۵ psi/ft.

نمودار عمق – فشار:

برای یافتن فشار در یک عمق معین، کافی است عمق VERTICAL را در گرادیان سیال داده شده ضرب کنید.

فشار = عمق x گرادیان متوسط سیال

با فرض اینکه سیال تراکم ناپذیر است، این یک رابطه خطی است.

می‌توانیم این را روی نموداری رسم کنیم که آن را نمودار فشار-عمق می‌نامیم.

بدیهی است که سیالات متراکم تر و در نتیجه شیب سیال بالاتر منجر به فشار بیشتر می شود.

برای مثال، اگر عمق ۲۰۰۰ فوت و گرادیان سیال ۰.۴۲۵ psi/ft باشد:

۲۰۰۰ ft x 0.425 psi/ft = 850 psi 

اگر فشار در سطح صفر نباشد، کل خط بر اساس فشار سطحی شیفت پیدا می کند.

مثال:

از مثال قبلی، گرادیان ۰.۴۲۵ psi/ft در ۲۰۰۰ فوت منجر به فشار ۸۵۰ psi شد.

اگر فشار سطحی ۱۵۰ psi بود، فشار در عمق به همان میزان افزایش می‌یابد. بنابراین فشار در عمق ۲۰۰۰ فوت برابر است با:

۱۵۰ psi + 850 psi = 1000 psi

مثال:

عمق کل ما (۲۰۰۰ فوت) و گرادیان (۰.۴۲۵ psi/ft) مانند قبل است. سطح سیال (fluid level) در زیر سطح زمین (صفر) در عمق ۵۰۰ فوتی است. فشار در ۲۰۰۰ فوت چقدر است؟

P = (2000 ft. – ۵۰۰ ft.) x (0.425 psi/ft.) = 637.5 psi.

محاسبه ارتفاع یا ستون سیال:

به همین ترتیب، اگر فشار و گرادیان را بدانیم، می‌توانیم ستون سیال معادل حاصل از آن فشار را محاسبه کنیم.

Fluid Height = Pressure / Gradient

در اینجا اثر افزایش گرادیان معکوس می‌شود و سیال متراکم‌تر منجر به ستون سیال کوتاه‌تر برای فشار معین می‌شود.