أجزاء ومكونات برج الحفر

تعريف الضغط

يعرف الضغط بشكل عام بأنه القوة العمودية المسلطة على وحدة المساحة ويعبر عنه رياضياً كما في المعادلة أدناه:

P = F/A

حيث أن
P= مقدار الضغط الناتج
F= مقدار القوة المسلطة على وحدة المساحة
A= المساحة

اما ضغط المائع فهو يمثل وزن عمود المائع:

P = p.g.h

حيث ان
h= ارتفاع عمود المائع
p= كثافة المائع
g= التعجيل الأرضي

وحدات قياس الضغط

يقاس الضغط عادة في العمليات التشغيلية بنوعين من الوحدات وهي:

1. الوحدات الأنكليزية (British units) وهي تمثل (باوند/انج مربع) (psi).
2. الوحدات المترية (Metric units) والوحدة المشهورة هي (pa) (الباسكال).
وحيث أن:

Pa = N/m²

3. ويقاس الضغط بوحدات أخرى مثل (البار) (bar) حيث أن:

1 bar = 14.7 psi

1 bar = 100 kpa

انواع الضغوط

توجد عدة أنواع من الضغوط التي تستخدم في العمليات التشغيلية ومن هذه الأنواع هي:

الضغط الجوي (Atmospheric pressure)
هو الضغط الناتج من وزن كتلة الهواء المحيط بالأرض وتختلف قيمته حسب ارتفاع المنطقة عن سطح البحر ودرجة الحرارة ومن قيمة الثابتة عند مستوى سطح البحر. ويرمز له بالرمز (Patm).

(1 P_atm = 1.01325 bar)

(1 P_atm = 14.7 psi)

الضغط التفاضلي ( Differential pressure (∆P
هو مقدار الفرق بين ضغطين بنفس الوحدات (P₂ - P₁).

∆P = P₁- P₂

الضغط المقياس (Gauge Pressure)
هو مقدار الزيادة الحاصلة بالضغط عن قيمة الضغط الجوي اي انه ضغط المقياس عند نقطة في السائل هو ضغط ذلك السائل دون اضافة الضغط الجوي ويرمز له بالرمز (g) عند نهاية الوحدة مثلاً (psig ) أو (kpag).

الضغط المطلق (Absolute Pressure)

هو الضغط الذي تقاس قيمته نسبة الى الفراغ المطلق، فأذا كانت قيمته اقل من الضغط الجوي فهو فراغي واذا زادت قيمتة عن الضغط الجوي فيمثل مجموع الضغط الجوي وضغط المقياس. ويرمز له بالرمز (a) ويوضع في نهاية وحدة قياس الضغط مثلاً (psia) أو(kpasia)

الضغط المطلق = الضغط المقياس + الضغط الجوي

Pa = Pg + P_atm

1 P_atm = 336 KPa = 14.7 psi

والشكل (1) يمثل مخططاً يوضح العلاقة بين الضغط المطلق وضغط المقياس والضغط الجوي:

شكل (1)

الضغط الفراغي (Vacuum Pressure)

هو الضغط المسلط على المائع والذي يكون اقل من الضغط الجوي.

الضغط الكلي (Total pressure)

هو مجموع الضغوط المؤثرة على نقطة ما من كافة الاتجاهات.

ضغط الموائع المتحركة (Velocity pressure)

هو الضغط الذي تسلطة جزيئات المائع المتحرك على جدار الانبوب.

الضغط الهيدروستاتیکی (Hydrostatic pressure)

هو الضغط الذي يولده عمود المائع على نقطة ما تحت سطح المائع.

وبشكل عام تكون غالبية قياسات الضغط في الوحدات الصناعية هي عبارة عن (ضغط المقياس).

معدات قياس الضغط

Borden Tube

أنبوبة بوردن (Borden Tube) وهو عبارة عن أنبوبة معدنية رقيقة مغلقة من احدى نهايتيها مصنعة من معادن مختلفة كالبرونز والنحاس وهي تكون على شكل حلزوني يستخدم لقياس الضغوط الواطئة. او تكون بشكل حرف (C) يستخدم لقياس الضغوط المتوسطة. أو بشكل لولبي يستخدم لقياس الضغوط العالية.

جميع اشكال انبوبة بوردن تعمل بنفس المبدأ أما أوجه الاختلاف فتكون بأختلاف المساحة السطحية لكل نوع ومن ثم اختلاف الحساسية.

تعتبر انبوبة بوردن حرف (C) اكثر الانواع انتشارا، وهي عبارة عن مقطع بيضوي يكون طرفه الأول مغلق وحر الحركة في حين يربط الطرف الاخر مع الضغط المراد قياسه مما يعرض الطرف الحر للانبوبة للأجهاد وهذا يؤثر في حركة النهاية الحرة هذه. وكما مبينة في الشكل (2).

شكل (2) Borden Tube.

في أجهزة ومعدات قياس الضغط التي يستخدم فيها انبوبة بوردن توصل النهاية الحرة للانبوبة بذراع معدنية متصلة بقطاع مسنن الذي يرتبط بمسنن اخر يحوي نابض حلزوني ومؤشر. فعند تسليط ضغط في الطرف الثاني إنبوبة بوردن تنفتح الأنبوبة نحو الخارج فتنسحب الذراع المعدنية وهذا يحرك القطاع المسنن فتنقل حركة القطاع المسنن الى المسنن الحاوي على النابض الحلزوني والمؤشر، ان ثبوت المؤشر في موقع معين يكون دالة القيمة الضغط المسلط.

Bellows

المنفاخ (الكبسولة) Bellows هو عبارة عن غشاء رقيق أسطواني الشكل يصنع من معادن مختلفة أهمها النحاس والقصدير حيث يكون لهذا الغشاء القابلية على التقلص والتمدد متأثراً بالضغط المسلط عليه. 

تكون أحدى نهايات المنفاخ متصلة بالضغط المراد قياسه أما النهاية الأخرى تتصل بمؤشر يقيس الضغط على تدرج وهذا العنصر المتحسس بالضغط يكون أكثر حساسية من أنبوبة بوردن. والشكل (3) يوضح المنفاخ.

شكل (3) Bellows.

Diaphragm

الغشاء (الدايفرام) Diaphragm هو عبارة عن غشاء رقيق يتخذ اشكال عديدة والشائع منها هو الدائري حيث يثبت الغشاء من محيطه الخارجي تثبيتاً محكماً لمنع تسرب الضغط المحصور. 

أن معدات قياس الضغط التي تستخدم هذا النوع من الحساس يمكن أن تقيس ضغط المقياس أو فرق الضغط (P∆) ففي هذه الحالة يسلط الضغط من جهتين. 

ويمتاز الضغط ذو الدايفرام بسرعة ودقة القياس وتعتمد حساسية الجهاز على المساحة السطحية للغشاء. والشكل (4) يوضح غشاء الدايفرام.

شكل (4) Diaphragm.

Differential Pressure Transmitter

إن مرسلات فرق الضغط (Differential Pressure Transmitter) احدى اجهزة قياس الضغط في الموائع النفطية فهي تقيس فرق الضغط (P∆) وعلى هذا الأساس تتكون هذه المرسلات من المكونات التالية:

الحساس (Sensor)

وهو عبارة عن كبسولة مرنة تتأثر بالضغط المسلط عليها من الجانبين.

حجرة قياس الضغط

تحتوي على الكبسولة.

فتحة دخول الضغط العالي (High Pressure)

وترمز بالرمز (H). 

فتحة دخول الضغط الواطئ (Low Pressure) 

وترمز بالرمز (L).

عمود القوى (Force bar)

يتصل بكبسولة الضغط من جهة وبمجموعة كشف الأشارة من الجهة الأخرى. هذه المجموعة أما أن تكون عبارة عن مجموعة مخصصة لكشف الأشارة الهوائية وتكون حدودها من (psi 15 - 3) وتسمى مجموعة الريشة والمنفث (Flapper & Nozzle). أو أن تكون مجموعة مخصصة لكشف الأشارة الكهربائية وتكون حدودها من (mA 20 - 4) وتسمى. هذه المجموعة بـ (المحولة التفاضلية).

الحشوة (Sealing)

وهي عبارة عن حشوة معدنية تعمل كنقطة ارتكاز بین عمود

القوة وحجرة القياس.

والشكل (5) يوضح المكونات الأساسية لمرسلة فرق الضغط سواء كانت هوائية أو الكترونية:

شكل (5) مرسلة فرق الضغط.

المصادر

1. زينه عامر ادريس الشريفي. (د.ت). القياسات ونقل الملكية. تم الاسترجاع 2022-2-4.

إقرأ أيضاً

• وسائل ومعدات القياس
• معدات قياس درجة الحرارة
• عدادات النفط والغاز
• الصمامات النفطية
• صمامات السيطرة

تعديل المقال