النفاذية (دارسي)

خطوات الاستخدام

الخطوة 1: أدخل معدل التدفق (Q) بوحدة المتر المكعب في الثانية (m³/s). يمثل هذا الحجم من المائع الذي يمر عبر العينة لكل وحدة زمن. في التطبيقات العملية، يقاس عادة باستخدام مقياس تدفق أو عن طريق حساب سرعة التدفق ومساحة المقطع.

الخطوة 2: أدخل لزوجة المائع (μ) بوحدة باسكال ثانية (Pa·s). اللزوجة تقيس مقاومة المائع للتدفق. على سبيل المثال، لزوجة الماء عند 20 درجة مئوية حوالي 1.002 × 10⁻³ Pa·s، أما الزيت الخام فقد تصل إلى 0.1 Pa·s أو أكثر.

الخطوة 3: أدخل طول العينة (L) بوحدة المتر (m). هذا هو المسافة التي يقطعها المائع عبر الوسط المسامي. في المختبر، يُستخدم طول العينة الأساسية (core sample) وعادة ما يكون بين 2.5 سم و 10 سم.

الخطوة 4: أدخل مساحة المقطع العرضي (A) بوحدة المتر المربع (m²). تمثل المنطقة التي يتدفق خلالها المائع. بالنسبة للعينة الأسطوانية، تحسب المساحة من القطر: A = π (d/2)².

الأسئلة الشائعة

قانون دارسي (Darcy's law) هو معادلة أساسية في ميكانيكا الموائع في الأوساط المسامية، سميت باسم المهندس الفرنسي هنري دارسي. المعادلة الأساسية: Q = (k A ΔP) / (μ L)، حيث Q معدل التدفق الحجمي، k النفاذية، A مساحة المقطع، μ اللزوجة، L طول العينة، ΔP فرق الضغط. يعبر القانون عن علاقة خطية بين معدل التدفق وتدرج الضغط، بافتراض تدفق طبقي (laminar flow) ووسط مسامي غير قابل للانضغاط ومائع نيوتوني. حدود القانون: لا ينطبق عندما يكون رقم رينولدز أعلى من 1 (تدفق مضطرب) أو عندما تكون السرعات عالية جداً (تدفق غير دارسي). أيضاً يفترض أن المائع لا يتفاعل كيميائياً مع الوسط. في التطبيقات الواقعية، قد يحتاج الأمر لمعامل تصحيح إذا كان الضغط مرتفعاً جداً أو إذا كانت النفاذية منخفضة جداً (تدفق غازي مع ظاهرة كينكنبرغ). على الرغم من هذه الحدود، يبقى قانون دارسي الأداة الأكثر استخداماً في هندسة النفط والهيدروجيولوجيا والتربة.

النفاذية تقاس بوحدة المساحة (م²) في نظام SI، ولكن في صناعة النفط والمياه الجوفية تستخدم وحدة الدارسي (Darcy) بشكل واسع. العلاقة: 1 دارسي = 0.987 × 10⁻¹² م² (تقريباً 1 × 10⁻¹² م² للتبسيط). والملي دارسي (mD) = 0.001 دارسي = 10⁻¹⁵ م². للتحويل من م² إلى دارسي: اقسم القيمة على 0.987×10⁻¹². للتحويل من دارسي إلى م²: اضرب في 0.987×10⁻¹². مثال: إذا كانت k = 5×10⁻¹² م²، فـ k بـ دارسي = 5×10⁻¹² / (0.987×10⁻¹²) ≈ 5.07 دارسي. والعكس: 10 دارسي = 10 × 0.987×10⁻¹² = 9.87×10⁻¹² م². من المهم توخي الحذر عند استخدام الوحدات المختلطة في المعادلة الأصلية (مثلاً Q بوحدات إمبراطورية). يفضل دائماً استخدام النظام المتري (SI) ثم التحويل. كما تذكر أن النفاذية خاصة بالوسط وليس المائع، لذا عند مقارنة قيم من مصادر مختلفة تأكد من الوحدة المستخدمة.

المسامية (porosity) هي نسبة حجم المسامات إلى الحجم الكلي للصخر، معبراً عنها بنسبة مئوية. النفاذية (permeability) هي قدرة الصخر على نقل المائعات. لا توجد علاقة خطية بسيطة بينهما. صخر ذو مسامية عالية قد يكون غير منفذ إذا كانت المسامات غير متصلة (مثل بعض الصخور الطباشيرية). بالعكس، صخر ذو مسامية منخفضة (مثل الحجر الرملي المضغوط) قد يكون منفذاً بسبب اتصال المسامات. العلاقة الأساسية تعطى بقانون Kozeny-Carman: k = (φ³)/(C τ² S²) حيث φ المسامية، τ التعقيد (tortuosity)، S مساحة السطح المحددة، C ثابت. في الممارسة، غالباً ما تستخدم علاقات تجريبية مثل علاقة Archie (للمقاومة الكهربائية) لتقدير النفاذية من المسامية. لكن الأفضل دائماً قياس النفاذية مباشرة. في الخزانات النفطية، تصنف النفاذية: عالية (>100 mD)، متوسطة (10-100 mD)، منخفضة (<10 mD). نفاذية الحجر الرملي تتراوح بين 1 mD و 1000 mD، بينما الصخر الزيتي قد تكون أقل من 0.1 mD.

قانون دارسي أساسي في تقييم إنتاجية الآبار. يستخدم لحساب نفاذية الخزان من اختبارات الضغط (pressure transient tests) مثل Drawdown test. معادلة دارسي تمكن المهندس من تقدير معدل التدفق الأمثل للبئر لتجنب تلف التكوين. في الخزانات النفطية، يتم تطبيق قانون دارسي على كل من تدفق النفط والماء والغاز في وسط متعدد الأطوار باستخدام نفاذية نسبية. في تصميم الآبار، تحدد النفاذية قطر البئر الأمثل وطريقة الإكمال (completion). في المياه الجوفية، يستخدم قانون دارسي لحساب كمية المياه التي يمكن استخراجها من طبقة جوفية دون استنزافها. كما يدخل في تصميم آبار الحقن للتخلص من المياه الملوثة أو لتحفيز استخراج النفط. كذلك في مشاريع الصرف الزراعي، يساعد القانون في حساب المسافات بين قنوات الصرف بناءً على نفاذية التربة. أخيراً، يستخدم في تقييم تدفق الملوثات في التربة لتصميم أنظمة المعالجة (remediation).

النفاذية (دارسي)

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة