tuberias de perforaciÓn
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TUBERÍAS
Ing. Diever Arturo Arcos
1 PERFORACIÓN I
CONTENIDO
INTRODUCCION
CONCEPTOS GENERALES
CLASIFICACIÓN
CARACTERÍSTICAS
CAPACIDAD DE RESISTENCIA
CONDICIONES DE CARGAS
SELECION DE TUBULARES
DISEÑO
CONCLUSIONES
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PERFORACIÓN I
INTRODUCCIÓN
Como parte de los insumos que demanda un pozo, las tuberías representan un alto porcentaje en el costo del mismo. Se tienen estimaciones generales de que varía del 15 al 30% de la inversión total.
Las bases de todo proceso de ingeniería recaen en los fundamentos técnicos. Sin embargo, se requiere observar sistemáticamente la disminución de los costos asociados en cada proceso. Por lo que en la práctica, se deben definir y optimizar los materiales tubulares que deben utilizarse en un pozo.
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PERFORACIÓN I
CONCEPTOS GENERALES
QUE ES UNA TUBERÍA?
Una tubería es un elemento
cilíndrico hueco compuesto
generalmente de acero, con una
geometría definida por el
diámetro y el espesor del cuerpo
que lo conforma.
Sin embargo, la realidad es que no existe una tubería
perfecta geométricamente.
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PERFORACIÓN I
Acero
El acero es un metal refinado. Se
obtiene a partir de la fundición de
un lingote de hierro combinado al
mismo tiempo con otros elementos
químicos.
Los aceros se dividen en ordinarios y especiales:
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PERFORACIÓN I
Acero cont.
Los aceros ordinarios contienen tres
elementos principales: hierro,
carbono y manganeso. El carbono y
el manganeso reunidos no
representan más del 1.5% del metal.
Los aceros ordinarios con el 0.1 a
1.5% de carbono se clasifican como
aceros de bajo contenido de
carbono.
6
PERFORACIÓN I
Acero cont.
Los aceros especiales se hacen como los ordinarios,
pero se les agregan otros elementos tales como:
níquel, cromo, molibdeno, cobre, vanadio y
tungsteno.
Tanto los aceros al carbono como los especiales se
producen en hornos eléctricos.
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PERFORACIÓN I
Propiedades mecánicas del Acero
Describen el comportamiento del material cuando
se somete a cargas. Estas propiedades afectan las
características de funcionamiento de los miembros
de los sistemas estructurales.
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PERFORACIÓN I
Propiedades más importantes del Acero
Resistencia: Es el esfuerzo máximo que un material puede soportar antes de que ocurra la falla.
Rigidez: Se dice que una parte estructural es rígida si soporta un gran esfuerzo con una deformación relativamente pequeña. El módulo de elasticidad de un material es una medida de su rigidez.
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PERFORACIÓN I
Propiedades más importantes del Acero
Ductilidad: Es la capacidad de un material para soportar grandes deformaciones inelásticas (plásticas) antes de la fractura. Está asociada con los esfuerzos de tensión y además, redistribuye los esfuerzos en lugares de concentraciones altas de esfuerzos.
Maleabilidad: Es la capacidad de soportar grandes deformaciones inelásticas (plásticas) antes de la fractura. Se asocia con los esfuerzos de compresión.
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PERFORACIÓN I
Propiedades más importantes del Acero
PERFORACIÓN I
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Fragilidad: Es la propiedad opuesta a la ductilidad. Un material frágil se fracturará a deformaciones unitarias relativamente bajas (5%).
Resiliencia: Es la capacidad de
absorber energía en el
intervalo elástico de esfuerzos.
Propiedades más importantes del Acero
Tenacidad: Es la capacidad de absorber energía en el intervalo inelástico de esfuerzos.
Dureza: Es una medida de la capacidad del material para resistir rayaduras. Puede modificarse mediante procesos de manufactura tales como tratamientos térmicos, trabajo en frío, templado y revenido.
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PERFORACIÓN I
PERFORACIÓN I
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Maquinabilidad: Es la facilidad con la que un
material puede maquinarse mediante operaciones
tales como el barrenado, fresado, roscado, etc.
Puede modificarse con las aleaciones del material
con otros elementos, tratamientos térmicos y el
estirado en frío.
Propiedades más importantes del Acero
CLASIFICACIÓN
El uso de tuberías en un pozo es de vital importancia.
Constituyen el medio por el cual garantizan el control
del mismo y se aseguran las instalaciones para el mejor
aprovechamiento y mantenimiento del pozo.
Se clasifican tanto por su
objetivo como por la función
que deben cumplir al ser
utilizadas en el interior de un
pozo.
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PERFORACIÓN I
CLASIFICACIÓN POR SU OBJETIVO
Una clasificación preliminar, pero importante, es la que permite definir en qué se va a utilizar la tubería. Es decir, la función de operación que debe cumplir, para ello, las tuberías se clasifican como:
Tuberías de revestimiento
Tuberías de producción
Tuberías de perforación
Ductos (tubería de línea)
Otras tuberías:
o Tuberías flexibles
o Collares (drill collars)
o Tubería pesada (heavy weigth)
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PERFORACIÓN I
CLASIFICACIÓN POR SU FUNCIÓN
(TUBERÍA DE REVESTIMIENTO)
Las tuberías de revestimiento se clasifican por la
función que desempeñan al colocarse en el interior
de un pozo, esto es:
Conductora.
Superficial.
Intermedia.
De explotación.
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PERFORACIÓN I
(TUBERÍA DE REVESTIMIENTO)
Existen tuberías de revestimiento que por su
condición y objetivo de colocación pueden definirse
como:
Tubería corta (liners): Es una sarta de tubería que
no se extiende a la cabeza del pozo. En cambio, se
sostiene por otra sarta. La tubería corta se usa
para reducir costos y mejorar la hidráulica durante
perforaciones profundas.
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PERFORACIÓN I
(TUBERÍA DE REVESTIMIENTO) CONT.
Complemento (TIE-BACK): Es una sarta de tubería que proporciona integridad al pozo desde la cima de la tubería corta hasta la superficie. Es un refuerzo para la tubería de explotación.
Complemento corto (STUB): Es una sarta de tubería que funciona igual que el complemento. Proporciona integridad por presión para extender la cima de la tubería corta. Puede cementarse parcialmente.
Sin tubería de producción (TUBINGLESS): Es una tubería de explotación que se extiende hasta la superficie y se utiliza como tubería de producción para explotar los hidrocarburos.
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PERFORACIÓN I
ESQUEMA REPRESENTATIVOS DEL USO DE
TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO.
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PERFORACIÓN I
CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS
Tuberías de revestimiento (TRs) y producción (TPs)
Las características principales a observar en las
tuberías de revestimiento y tuberías de producción
son: diámetro nominal, peso nominal, grado, drift,
resistencia a la tensión, resistencia al colapso y
resistencia al estallamiento.
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PERFORACIÓN I
RANGOS DEL REVESTIMIENTO
PERFORACIÓN I
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Rangos para tubos de revestimiento de acuerdo con la norma API
5CT/ISO 11960
CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS
DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO Y LA TUBERIA
DE PRODUCCIÓN 22
PERFORACIÓN I
COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN
Típicamente, una sarta de Perforación consta de los siguientes
componentes:
• Barrena
• Collares ó Lastra-Barrena
• Tubería pesada de perforación ó Tubería de pared gruesa
• Tubería de Perforación
• Accesorios tales como Estabilizadores, Escariadores,
Sustitutos de Acople, Conectores de Barrena, etc.
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PERFORACIÓN I
ACOPLES DE TUBULARES
Se fabrican en diversidad
de tamaños y en variedad
de Formas de Roscas.
Perno (Pin, macho)
Caja (Box)
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PERFORACIÓN I
LA BARRENA
En general las barrenas son de dos
tipos:
1. Barrenas de Conos de Rodillo
(Rock Bits)
2. Barrenas de Cortadores Fijos
(Drag Bits)
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PERFORACIÓN I
RANGO DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN
PERFORACIÓN I
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Rangos para tubos de perforación de acuerdo con la norma API 5D
CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS
DE LA TUBERÍA DE PERFORACION
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PERFORACIÓN I
Se encuentran disponibles diferentes grados de acero para corresponder a los
diferentes requisitos del agujero, siendo los más comunes G105 y S135. El G105
es el más comúnmente utilizado para ambientes poco profundos o de H2S. El
S135 es considerado un estándar para operaciones costa afuera. El U150 es un
grado relativamente nuevo, que es utilizado para operaciones en aguas
profundas.
COLLARES DE PERFORACIÓN
Descripción:
Son tubulares metálicos de gran espesor de pared.
Los extremos tienen roscas maquinadas en el torno (caja y
perno).
Funciones:
Proveer el peso para colocar sobre la barrena (WOB).
Mantener la tubería de perforación en tensión.
Prevenir el combamiento o pandeo de la sarta de perforación.
Proveer el efecto de Péndulo para la perforación de agujeros
rectos.
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PERFORACIÓN I
COLLARES DE PERFORACIÓN
Tipos:
Se fabrican en variedad de tamaños de diámetro externo e
interno.
Diámetros Externos OD típicos van de 4 ¾” a 9 ½”
Por lo general en longitudes de 30 a 31 pies
Pueden tener forma de barra cuadrada para perforar en
zonas con alta Tendencia natural a la desviación del agujero.
Espiralados para perforar en zonas con tendencia al
atrapamiento de la sarta.
Pueden tener recesiones para instalar elevadores y cuñas
rotarias.
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PERFORACIÓN I
MEDICIÓN DE LOS COLLARES DE PERFORACIÓN
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PERFORACIÓN I
TUBERÍA DE PERFORACIÓN
Funciones:
Servir como conducto o conductor del fluido de perforación.
Transmitir la rotación desde la superficie hasta la barrena en
el fondo.
Componentes:
Un tubo cilíndrico sin costura exterior y pasaje central
fabricado de acero fundido o de aluminio extruido.
Conectores de rosca acoplados en los extremos del cuerpo
tubular sin costura
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PERFORACIÓN I
TUBERÍA DE PERFORACIÓN
Conectores de Rosca:
Proporcionan la conexión entre los componentes de la sarta
de perforación.
Son piezas metálicas soldadas al cuerpo tubular sin costuras.
Suficientemente gruesos y fuertes para cortar en ellos roscas
de pin y de caja.
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PERFORACIÓN I
CLASIFICACIÓN DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN
1. Tamaño: de 2-3/8” a 6-5/8” (Diámetro Externo del Cuerpo).
2. Rangos de Longitud: R-1 de 18 a 22 pies
R- 2 de 27 a 30 pies
R- 3 de 38 a 45 pies
3. Grado del Acero: E – 75, X – 95, G – 105, S – 135.
Los números indican la mínima resistencia a la cedencia en 1000 libras.
4. Peso Nominal: Depende de los diversos rangos de tamaño y peso.
P. Ej., una TP puede ser: 5”, R-2, G-105, 19.5Lpp (Libras por pie).
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PERFORACIÓN I
TUBERÍA DE PERFORACIÓN PESADA - HWDP
Diseño:
Con mayor espesor de pared y acoples más
largos que la TP regular.
Con refuerzo metálico externo en el centro del
cuerpo del tubo.
También disponible con diseño exterior
espiralado.
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PERFORACIÓN I
ELEMENTOS AUXILIARES / ACCESORIOS DE LA SARTA
Conector de Barrena Escariador de Rodillos Estabilizador de Sarta
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PERFORACIÓN I
ELEMENTOS AUXILIARES / ACCESORIOS DE LA SARTA
Sustitutos de Combinación de Roscas Ensanchador del hoyo
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Elevadores
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Cuñas Rotarias
Cuñas Manuales
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Cuñas Rotarias
Cuñas de Pié Cuñas operadas con aire
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Llaves para Ajustar y Aflojar de Conexiones
Enroscador Rápido de
Tubería
Llaves Manuales Llave Hidráulica
de Torque y Ruptura
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Aplicación del lubricante de rosca en la caja del acople
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Enrosque de “estocada” alineada
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Posición de las llaves Manuales para apretar la unión enroscada
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Llaves en posición para ajustar la unión con torque
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Colocando el torque a la unión
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PERFORACIÓN I
HERRAMIENTAS DE MANEJO
Tensión en la línea del torque de ajuste
Indicador de Tensión
en la Línea Celda de Carga
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PERFORACIÓN I
PESO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN
Peso Nominal (en libras por pié) para el cuerpo del tubo.
Ejemplo:19.5 lbs/pie para tubería de perforación de 5” y 15.5 lb/pie para TP de 3 ½”
Peso Aproximado (Ajustado) incluyendo la masa de los acoples.
Para las TP de arriba será: 22 lb/pie para TP de 5” y 17.0 lb/pie para TP de 3 ½”
Peso Flotado o Sumergido.
Se encuentra multiplicando el peso en el aire por el Factor de Boyancia, BF, el cual
depende de la densidad del fluido dentro del pozo
BF se calcula así:
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PERFORACIÓN I
PESO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN
EJERCICIO 1
Con la siguiente información sobre una sarta de Perforación:
• Tubería de Perforación de 19.5 lb/pie, Grado “G” – 105
• Collares de Perforación de 6 ½”OD x 2 ¼” ID
• Peso del lodo dentro del hoyo = 12.0 lbs/gal
a) Cuál será el peso de la sarta en el aire?
b) Cuál será el peso de la sarta sumergida en el lodo?
2000ft
2500ft
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PERFORACIÓN I
PUNTO NEUTRAL EN LA SARTA DE PERFORACIÓN
Definición:
Es el punto en la sarta de perforación en
donde se pasa del estado de compresión
a la tensión.
Tal punto debería estar siempre dentro de
los Collares de Perforación.
La tubería de perforación debería estar
siempre en condiciones de Tensión.
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PERFORACIÓN I
EJERCICIO SOBRE EL PUNTO NEUTRAL
Datos:
• Tub. de Perf. 19.5 lb/pie, Grado, G –105
• Collares de Perf. 6 ½”OD, 2 ¼” ID, 500 pies
• Peso del lodo dentro del agujero: 12 lbs/gal
a) Cuál será el peso de la sarta en el aire?
b) Cuál será el peso de la sarta sumergida en el lodo?
• Si el peso requerido sobre la barrena es de 30000 lbs.
c) Dónde estará ubicado el PUNTO NEUTRAL?
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PERFORACIÓN I
COLLARES DE PERFORACIÓN Y PESO SOBRE LA
BARRENA
Sólo un porcentaje del peso de los DC se utiliza dar peso a la
barrena WOB.
Se debe asegurar que el PUNTO NEUTRAL siempre esté dentro de
los DC.
La práctica general de campo es utilizar del 80 % al 90% del peso de
los DC para aplicarlo sobre la barrena.
Así, después de decidir el peso a aplicar sobre la barrena (WOB) se
calcula el número de DC que se deben conectar.
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PERFORACIÓN I
FABRICACIÓN DE TUBERÍAS
Para la certificación de cada tubo fabricado dentro de las normas API se realiza un monitoreo de todas las etapas del proceso de fabricación, con la ayuda de los laboratorios, que son: químico (acería), físico (tensión), metalográfico (estructura del acero) y prueba de colapso (valor real de colapso).
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PERFORACIÓN I
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PERFORACIÓN I
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PERFORACIÓN I
PROCESO DE ACERIA
PROCESO DE ACERIA
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PROCESO DE ACERIA
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PROCESO DE ACERIA
PERFORACIÓN I
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PROCESO DE ACERIA
PERFORACIÓN I
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PROCESO DE ACERIA
PERFORACIÓN I
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PROCESO DE ACERIA
EFECTO DEL CARBONO
La capacidad de temple del acero aumenta con el contenido de carbono, desempeñando dos papeles en el templado del acero:
1. 0.6% de Carbono, facilita el sobreenfriamiento de la austenita a 93.3°C, facilitando el templado del acero. El carbono actúa como retardador, disminuyendo la velocidad de transformación.
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PERFORACIÓN I
EFECTO DEL CARBONO
2. El carbono presente en la
martensita recién formada
aumenta la dureza, el carbono
disuelto o parcialmente
precipitado en forma de
cementita, es probablemente el
factor más importante que hace
a la martensita dura.
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PERFORACIÓN I
CONEXIONES O JUNTAS
Debido a que las tuberías que se utilizan en los pozos
tienen un límite en longitud es necesario que estas
tuberías queden unidas al introducirse en el pozo.
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PERFORACIÓN I
A esta unión o conexión
efectuada entre dos
tuberías se le conoce como
JUNTA o CONEXIÓN de
tuberías
CLASES DE JUNTAS
PERFORACIÓN I
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1. Acopladas: Son las que integran un
tercer elemento denominado cople,
pequeño tramo de tubería de diámetro
ligeramente mayor y roscado
internamente, el cual, une dos tramos de
tubería roscados exteriormente en sus
extremos.
Existen dos clases de juntas, de acuerdo con su forma
de unión con la tubería.
CLASES DE JUNTAS CONT.
PERFORACIÓN I
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2. Integrales: Son las que
unen un extremo de la
tubería roscado
exteriormente como piñón
(PIN) y conectándolo en el
otro extremo de la tubería
roscado internamente como
caja (BOX).
JUNTAS DE MAYOR USO PARA TR Y TP
PERFORACIÓN I
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TALLER
PERFORACIÓN I
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1.NOMBRE 5 DIFERENCIA ENTRE LAS TP Y TR.
2.ENUMERE TRES FUNCIONES DE CADA UNA DE LAS TUBERIAS .
3.PARA QUE SIRVEN LAS JUNTAS.
4.QUE PROPIEDADES DE LOS METALES SE RELACIONAN CON EL COMPORTAMIENTO PLÁSTICO Y ELÁSTICO DEL ACERO.
5.QUE FUNCIONES TIENE EL CARBONO EN LAS TUBERIAS.
6. QUE MECANISMOS DE PROTECCIÓN DE TUBERIAS CONOCE USTED?
7.QUE ENTIENDE POR FATIGA?
PERFORACIÓN I
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