INTRODUCCIÓN Muchos países en el mundo realizan realizan el fracturamiento fracturamiento hidráulico, hidráulico, la operación operación de fractura basada en las características geológicas de la formación y el depósito de petróleo o gas. Componentes básicos del diseño de fracturamiento incluyen la presión de la inyección, y los tipos y cantidades de materiales (por ejemplo, productos uímicos, líuidos, gases, arena! necesarios para lograr la estimulación deseada de la formación.
"a intención de la fracturación es de crear las fracturas ue se e#tienden desde el pozo, hasta las formaciones de petróleo o gas. "os líuidos ue son inyectados pueden llegar hasta más de $%% metros del pozo. &unue el intento es diseñar una red optima de fracturas en una formación de petróleo o gas, la disposición de las fractu fracturas ras es e#trema e#tremadam dament ente e complej compleja, a, impre' impre'isi isible ble e incont incontrol rolabl able. e. Modelo Modeloss digitales tratan de simular las 'ías de la fractura, pero e#perimentos en el campo han demostrado ue una fractura hidráulica no se comporta de la misma manera pronosticada por los modelos.
ESTIMULACIÓN POR FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO Y SU IMPACTO EN EL MEDIO AMBIENTE
Problemátic #iste muchos pozos petroleros en M)#ico donde la producción es muy escasa y en donde no producen la cantidad de producción ue se esperaba es por ello, ue la estimulación por fracturamiento hidráulico se recomienda usar en estos tipos de pozos ya sean 'ertical o direccional, ya ue con ello se podría llegar a la optimización de los pozos, produciendo a su *%+ de los pozos de manera más natural, ya ue su contenido de la estimulación, es del $$.*+ se constituye de agua y arena y el %.%* + son aditi'os ue controlan el crecimiento de las bacterias en la boca del pozo.
Ob!eti"o# $e%erle#& .
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-uscar e in'estigar cuales son los problemas más ocasionados en la industria petrolera al realizar el fracturamiento hidráulico y como e'itar dañar nuestro mantos, lagos o lagunas, donde se encuentre los hidrocarburos. Conocer la estimulación por el fracturamiento hidráulico Conocer el marco normati'o para realizar esta estimulación Como realizar el fracturamiento hidráulico con responsabilidad ambiental.
Ob!eti"o# e#'ec()ico#& . .
erificar las consecuencias ue tendría aplicando este fracturamiento en nuestros mantos acuíferos. n'estigar cuales son las tecnologías más óptimas para la realización de este fracturamiento y llegar a la conclusión de cómo realizar este fracturamiento de manera responsable.
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n'estigar las causas y consecuencias ue ocasionan el fracturamiento y hidráulico, estudiar bien estas causas y como e'itar más daño a nuestro planeta y apro'echar nuestros recursos. & tra')s de la lectura e in'estigación se lle'ara a una conclusión en donde el fracturamiento hidráulico no cause tanto daño podremos realizarlo o practicarlo en M)#ico.
+,#ti)icci*%. /0u) es el fracturamiento hidráulico1 /2ara u) sir'e1 3ormaciones geológicas pueden contener grandes cantidades de petróleo o gas, pero tienen una 'elocidad de flujo pobre debido a la baja permeabilidad, o de los daños o la obstrucción de la formación durante la perforación. sto es particularmente cierto para las arenas compactas, lutitas y formaciones de metano en capas de carbón. "a fracturación hidráulica estimula pozos perforados en estas formaciones, haciendo rentable la e#tracción de otro modo prohibiti'amente caro. /n u) pozos se pueden realizar la estimulación por el fracturamiento hidráulico1 "a combinación de fracturamiento hidráulico con perforación horizontal ha abierto depósitos de esuisto en todo el país y trajo perforación de gas natural a gran escala a nue'as regiones. /Cómo funciona el proceso en un conte#to de petróleo 4 gas1 5espu)s de ue el pozo se perfora y se instalan m6ltiples capas de re'estimiento y el cemento, el euipo de perforación se sustituye por un euipo de fracturación, ue entonces se pone a trabajar en la preparación de la solución a base de agua para la entrega a la formación. l agua es, de lejos, el aspecto más importante de una operación de fracturamiento )#ito, ya ue no sólo crea las peueñas fisuras en la roca de esuisto profunda ue liberan el gas natural, sino ue tambi)n act6a como un mecanismo de soporte y la entrega para la arena, lo ue ayuda a mantener esas fisuras creadas recientemente abiertas para ue los recursos puedan ser recogidos.
l agua sola no puede crear esas peueñas fracturas en la roca 7 es necesario aplicar un poco de presión tambi)n. n una operación típica de fracturación, decenas de 8camiones bomba8 serán llamados para ayudar a entregar el agua a presión en el pozo. "a solución en sí misma está compuesta casi en su totalidad de agua y arena , el $$,* por ciento en promedio. l peueño porcentaje de Página 17
materiales ue permanecen son aditi'os ue controlan el crecimiento de las bacterias en la boca del pozo (ue, no se controla, puede corroer las tuberías!. 9tros aditi'os alteran la tensión superficial del agua de modo ue se puede en'iar fácilmente por el agujero en la salida, y luego trajo de nue'o cuando la operación de fractura es completa. /Cuál es el proceso del fracturamiento hidráulico1 :e produce despu)s de un pozo se ha perforado y tubo de acero (carcasa! se ha insertado en el pozo. "a carcasa está perforando dentro de las zonas de destino ue contienen petróleo o gas, de modo ue cuando se inyecta el fluido de fracturación en el pozo fluye a tra')s de las perforaciones en las zonas objeti'o. 3inalmente, la formación objeti'o no será capaz de absorber el fluido tan rápidamente como se está inyectando. n este punto, la presión creada pro'oca la formación de grietas o fracturas. ;na 'ez ue se han creado las fracturas, la inyección cesa y los fluidos de fracturamiento comienzan a fluir de nue'o a la superficie. Materiales llamados agentes de sost)n (por ejemplo, generalmente arena o granos de cerámica!, ue se inyecta como parte de la mezcla de fluido frac, permanecen en la formación objeti'o para mantener abierta las fracturas. ;na mezcla de agua, agentes de sost)n y productos uímicos se bombea en la formación de roca o carbón.
subterráneas han aislado el agua subterránea a tra')s de millones de años. "a construcción del pozo se hace para impedir la comunicación (la migración y 4 o el transporte de fluidos entre estos capas subsuperficiales!. l m)todo primario utilizado para la protección de las aguas subterráneas durante las operaciones de perforación consiste en la perforación del pozo a tra')s de los acuíferos subterráneos, la instalación de una tubería de acero de inmediato (llamado carcasa!, y cimentar este tubo de acero en su lugar. =odos los reglamentos de perforación estatales abordan específicamente la protección de las aguas subterráneas, incluyendo los reuisitos para la cubierta superficial a ser inferior al acuífero subterráneo más bajo, o ;:5> (59 ?@A de @%%$ y 9BCC ?A, @%%D!. "a carcasa de acero protege las zonas de material en el interior del pozo durante las operaciones de perforación posteriores y, en combinación con otras 'ainas de re'estimiento de acero y cemento ue se instalan posteriormente, protege las aguas subterráneas con m6ltiples capas de protección de la 'ida 6til del pozo. "a zona del subsuelo o la formación ue contiene hidrocarburos produce en el pozo, y ue la producción está contenido dentro de la así todo el camino a la superficie. sta contención es lo ue se entiende por el t)rmino 8bien integridad.8 2or otra parte, seguimiento regular se lle'a a cabo durante las operaciones de perforación y producción para asegurar ue estas operaciones proceden dentro de los parámetros establecidos y de acuerdo con el diseño bien, así los reuisitos del plan, y permisos. 2or 6ltimo, la integridad de la construcción del pozo se prueba periódicamente para garantizar su integridad.
Mrco te*rico A%tece-e%te# 2recursores 3racturando como m)todo para estimular, pozos de petróleo de rocE duro de poca profundidad se remonta a la d)cada de FG%. 5ynamite o nitroglicerina detonaciones fueron utilizados para aumentar la producción de petróleo y gas natural de formaciones de petróleo ue lle'a. l @* de abril de FG*, 'eterano de la Buerra Ci'il coronel dHard &" Ioberts recibió una patente para un 8 torpedo e#plosiónJ. sto se empleó en 2ennsyl'ania , Kue'a LorE , entucEy y irginia 9ccidental utilizando líuido y tambi)n, más tarde, aseguró nitroglicerina . Más tarde el mismo m)todo se aplicó a los pozos de agua y gas. stimulación de pozos con ácido, en lugar de fluidos e#plosi'os, fue introducido en la d)cada de Página 17
$N%. 5ebido al ataue ácido, las fracturas no se cierra completamente lo ue resulta en un mayor aumento de la producti'idad.
"os pozos de petróleo y gas "a relación entre las presiones de rendimiento y tratamiento así fue estudiado por 3loyd 3arris de :tanolind 2etróleo y Bas Corporation . ste estudio fue la base del primer e#perimento de fracturamiento hidráulico, realizado en $OD en el yacimiento de gas de ell cementación Compañía. l D de marzo de $O$,
3racturación masi'a 3racturación hidráulica Massi'e (tambi)n conocido como de alto 'olumen fracturación hidráulica! es una t)cnica aplicada por primera 2an &merican 2etroleum en el Condado de :tephens, 9Elahoma , .;;. en $GF. "a definición Página 17
de fracturación hidráulica masi'a 'aría un poco, pero en general se hace referencia a tratamientos de inyección mayor ue alrededor de *% toneladas cortas, o apro#imadamente N%%.%%% libras (NG toneladas m)tricas!, del agente de sost)n. Beólogos americanos hicieron cada 'ez más consciente de ue había enormes 'ol6menes de gases de areniscas saturadas con permeabilidad muy baja (generalmente menos de %, mili darcy ! para recuperar el gas económicamente. ? @$ A & partir de $DN, se utilizó el fracturamiento hidráulico masi'o de miles de pozos de gas en la cuenca de :an Quan , Cuenca 5en'er , ? N% A la cuenca 2iceance, y de la Cuenca del Iío erde , y en otras formaciones de hard rocE de los .;;. occidental. 9tros pozos arenisca apretados en los .;;. hacen económicamente 'iable por fracturamiento hidráulico masi'o estaban en el Clinton7Medina &renisca, y Cotton alley arenisca.
3racturamiento hidráulico masi'o se e#tendió rápidamente a finales del decenio de $D% hasta el oeste de Canadá, Iotliegend y Carbonífero areniscas gasíferas en &lemania, 2aíses -ajos (en tierra y en los campos de gas costa afuera!, y el Ieino ;nido en el Mar del Korte. "os pozos de petróleo o de gas horizontales eran inusuales hasta finales del $F%. ntonces, los operadores en =e#as comenzaron completar miles de pozos de petróleo mediante la perforación horizontal en el &ustin ChalE , y dando masi'a con agua aceitosa tratamientos de fracturamiento hidráulico a los pozos. "os pozos horizontales resultaron mucho más eficaces ue los pozos 'erticales en la producción de petróleo de tiza apretadaP capas sedimentarias suelen ser casi horizontal, pozos de manera horizontal tienen áreas de contacto mucho mayor con la formación objeti'o
2izarras 5ebido a la pizarra baja permeabilidad, tecnológico de in'estigación, desarrollo y demostración eran necesarios antes de ue se aceptó la fracturación hidráulica para su aplicación comercial de los yacimientos de gas de esuisto. n $DG, el gobierno de stados ;nidos inició el 2royecto de Bas de lutitas del ste, un conjunto de decenas de proyectos de demostración de la fracturación hidráulica p6blico7pri'adas. 5urante el mismo período, el nstituto de n'estigación de Bas, un consorcio de in'estigación de la industria del gas, recibió la aprobación para la in'estigación y la financiación de la Comisión Ieguladora de nergía 3ederal. Página 17
n $$D, tomando la t)cnica de fracturamiento con agua aceitosa utilizada en el este de =e#as por los recursos de la ;nión del 2acífico (ahora parte de &nadarEo 2etroleum Corporation !, Mitchell nergía (ahora parte de 5e'on nergy !, la t)cnica aplicada en el -arnett :hale del norte de =e#as. ste hecha la e#tracción de gas ampliamente económico en el -arnett :hale, y se aplicó más tarde a otras pizarras. Beorge 2. Mitchell ha sido llamado el 8padre de fracEing8 por su papel en la aplicación en las pizarras. l primer pozo horizontal en el -arnett :hale fue perforado en $$, pero no fue ampliamente hecho en el -arnett hasta ue se demostró ue el gas podría ser e#traído económicamente de pozos 'erticales en el -arnett.
& partir de @%N, el fracturamiento hidráulico masi'o se está aplicando a escala comercial de esuistos en stados ;nidos, Canadá y China. arios países adicionales están planeando utilizar fracturación hidráulica.
E#tim,lci*% 'or )rct,rmie%to .i-rá,lico =ratamiento de estimulación efectuado rutinariamente en pozos de petróleo y gas en yacimientos de baja permeabilidad. :e bombean fluidos diseñados especialmente a alta presión y 'elocidad en el inter'alo de yacimiento ue se tratará, lo ue hace ue se abra una fractura 'ertical. "os tramos laterales de la fractura se e#tienden hacia fuera del pozo en direcciones opuestas, seg6n los esfuerzos naturales presentes dentro de la formación. "os agentes de sost)n o apuntalantes como granos de arena de un tamaño particular, se mezclan con el fluido de tratamiento para mantener abierta la fractura cuando se complete el tratamiento. l fracturamiento hidráulico crea comunicación de alta conducti'idad con un área grande de formación y permite sortear cualuier daño ue pudiera e#istir en el área cercana al pozo.
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s una tecnología ue se utiliza para mejorar el flujo de energía de un pozo una 'ez ue la perforación se realiza y la plataforma y la torre de perforación se retira de la escena. n promedio, es un proceso ue dura de tres a cinco días para completar principio a fin. ;na 'ez ue se realiza la operación de fracturación, el bien se considera 8terminado8, y ya está listo para producir petróleo y 4 o gas natural durante años, incluso d)cadas, para 'enir.
Fl,i-o# -e )rct,rmie%to "os principales objeti'os de fluido de fracturamiento son ampliar las fracturas, añadir lubricación, cambiar la fuerza de gel, y lle'ar a agente de sost)n en la formación.
l agente de sost)n es un material granular ue impide ue las fracturas creadas a partir de cierre despu)s de ue el tratamiento de fracturamiento. =ipos de agente de sost)n incluyen arena de sílice, arena recubierta con resina, la bau#ita, y cerámica hechos por el hombre. "a elección del agente de sost)n depende del tipo de permeabilidad o grano fuerza necesaria. n algunas formaciones, donde la presión es lo suficientemente grande como para aplastar los granos de arena de sílice natural, se pueden utilizar agentes de sost)n de mayor resistencia, tales como la bau#ita o la cerámica. l agente de sost)n más com6nmente utilizado es arena de sílice, aunue agentes de sost)n de tamaño uniforme y de forma, tal como un agente de sost)n de cerámica, se cree ue son más eficaces.
l fluido de fracturación 'aría dependiendo de fracturamiento tipo deseado, y las condiciones de los pozos específicos ue se fracturó, y las características del agua. l fluido puede ser gel, espuma, o basados en agua aceitosa. 9pciones de fluidos son compensacionesS fluidos más 'iscosos, tales como geles, son mejores para mantener apuntalante en suspensiónP mientras ue los fluidos menos Página 17
'iscosos y menor fricción, tales como con agua aceitosa, permiten ue el fluido a bombear a tasas más altas, para crear fracturas más lejos del pozo. mportantes propiedades de los materiales del fluido incluyen 'iscosidad, p<, di'ersos factores reológicas , y otros.
l agua traída se mezcla con arena y productos uímicos para crear el fluido de fracturamiento hidráulico. . &pro#imadamente O%.%%% galones de productos uímicos se utilizan por fractura. ;n tratamiento típico de fractura utiliza entre N y @ productos uímicos aditi'o. & pesar de ue puede haber fluidos de fracturamiento con'encionales, aditi'os uímicos típicos pueden incluir uno o más de los siguientesS
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Rcidos 7 ácido clorhídrico o ácido ac)tico se utiliza en la etapa pre'ia a la fractura para la limpieza de las perforaciones y el inicio de fisura en la roca cerca del pozo. l cloruro de sodio (sal! 7delays desglose de gel de cadenas de polímero. 2oliacrilamida y otros reductores de fricción turbulencia disminución en el flujo de fluido y fricción en la tubería, permitiendo así ue las bombas para bombear a una tasa superior sin tener una mayor presión en la superficie. l etilenglicol 7'ita formación de depósitos de cal en el tubo. :ales de borato 7utilizado para el mantenimiento de la 'iscosidad del fluido durante el aumento de la temperatura. :odio y potasio 7carbonatos utilizados para el mantenimiento de la eficacia de agentes de reticulación. Blutaraldehído S se utiliza como desinfectante del agua ( bacterias eliminación!. "a goma guar y otros gelificantes solubles en agua agents7aumenta la 'iscosidad del fluido de fracturación para entregar agente de sost)n en la formación de manera más eficiente. Página 17
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l ácido cítricoS se utiliza para la corrosión pre'ención. sopropanol S se utiliza para el in'ierno los productos uímicos para asegurarse de ue no se congela.
l producto uímico más com6n usado para la fracturación hidráulica en los stados ;nidos en @%%*7@%%$ era metanol, mientras ue algunos otros productos uímicos más ampliamente utilizados fueron alcohol de isopropilo, @7buto#ietanol , y etilenglicol.
=ipos de fluidos típicos sonS
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Beles lineales con'encionales. stos geles son deri'ado de celulosa ( carbo#imetil celulosa , hidro#ietil celulosa , hidro#ietil celulosa, carbo#imetil , hidro#ipropil celulosa , metil celulosa de hidro#ietilo !, guar o sus deri'ados ( hidro#ipropil guar , carbo#imetil hidro#ipropil guar !, mezclado con otros productos uímicos. 3luidos de borato7reticulado. stos son fluidos a base de guar reticulada con boro de iones (acuosa de bóra# 4 ácido bórico solución!. stos geles tienen mayor 'iscosidad a p< $ en adelante y se utilizan para lle'ar agente de sost)n. 5espu)s de ue el trabajo de fracturamiento, el p< se reduce a N7O por lo ue los enlaces cruzados se rompen, y el gel es menos 'iscoso y puede ser bombeada. 3luidos organometálica reticulado de circonio , cromo , antimonio , titanio sales son conocidas para reticular los geles basados en agua. l mecanismo de reticulación no es re'ersible, por lo ue una 'ez ue el agente de sost)n se bombea hacia abajo junto con gel reticulado, la parte de fracturación se hace. "os geles se descomponen con interruptores apropiados. Beles de aluminio fosfato7)ster de aceite 3osfato de aluminio y de )ster de aceites se suspenden para formar gel reticulado. stos son uno de los sistemas gelificantes primero conocidos.
2ara agua aceitosa es com6n incluir barridos o una reducción temporal de la concentración de agente de sost)n para asegurar el bienestar no está abrumado con apuntalante causando una pantalla7off . & medida ue a'anza el proceso de fracturación, reductor de 'iscosidad agentes tales como o#idantes y enzimas interruptores a 'eces se añaden entonces al fluido de fracturamiento para desacti'ar los agentes gelificantes y estimular el flujo de retorno. l o#idante reacciona con el gel para descomponerlo, lo ue reduce la 'iscosidad del fluido, y Página 17
la garantía de ue ning6n agente de sost)n se tira de la formación. ;na enzima act6a como un catalizador para descomponer el gel. & 'eces, modificadores de p< se utilizan para romper la reticulación al final de un trabajo de fracturamiento hidráulico, ya ue muchos reuieren un sistema tampón de p< permanecer 'iscoso. &l final del trabajo, el pozo es com6nmente se inundó con agua (a 'eces mezclado con una reducción de la fricción uímica! bajo presión. 3luido inyectado se recupera en cierta medida y gestionada por 'arios m)todos, tales como control de la inyección subterránea, tratamiento y 'ertido, reciclado o almacenamiento temporal en fosas o contenedores. "a nue'a tecnología está en constante desarrollo para manejar mejor las aguas residuales y mejorar la reutilización.
Di#e/o 0 co%#tr,cci*% 2erforación y completar un pozo de petróleo y 4 o gas se compone de 'arias acti'idades secuenciales. ;na lista de estas acti'idades aparece a continuación, y los ue se abordan en este documento de orientación se muestran en negrita. n orden secuencial, estas acti'idades son los siguientesS ∗
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"a creación de la plataforma de perforación y euipos au#iliares y probar todos los euipos. "a perforación del agujero. Iegistro del agujero (ue se ejecuta instrumentos el)ctricos y otros en el pozo!. Carcasa en ejecución (tubo de acero!. Cimentar la carcasa. l registro de la caja. "a eliminación de la plataforma de perforación y euipos au#iliares. 2erforación de la carcasa (dependiendo del tipo de terminación!. 3racturación hidráulica o estimular el pozo. "a instalación de euipos de le'antamiento artificial (si es necesario!. nstalar superficie euipo de producción. 2oner el pozo en producción. l rendimiento y la integridad de monitoreo. "a recuperación de las partes de la ubicación de perforación ue ya no son necesarios y el euipo uitando ya no se utiliza.
Pr 1,e #ir"e "a fracturación hidráulica se utiliza para aumentar la 'elocidad a la ue los fluidos, tales como petróleo, agua, gas natural o pueden ser recuperados de depósitos naturales subterráneos. "os embalses son típicamente porosa areniscas , calizas Página 17
o dolomías rocas, pero tambi)n incluyen 8reser'orios no con'encionales8, como el esuisto roca o carbón camas. "a fracturación hidráulica permite la e#tracción de gas natural y petróleo de formaciones rocosas muy por debajo de la superficie de la tierra (generalmente @,%%%7G,%%% m (*,%%%7@%,%%% pies!!, ue es en gran medida por debajo de los ni'eles típicos depósito de agua subterránea. n tal profundidad, puede ser insuficiente permeabilidad o depósito de presión para permitir ue el gas natural y el petróleo fluya desde la roca en el pozo a alta rentabilidad económica. 2or lo tanto, la creación de fracturas conducti'as en la roca es un instrumento para la e#tracción de los yacimientos de esuisto natural impermeables. "a permeabilidad se mide en el micro darcy a la gama nanodarcy. "as fracturas son una trayectoria conductora cone#ión de un mayor 'olumen de depósito para el pozo. l llamado 8super fracEing,8 crea grietas profundas en la formación de roca para liberar más petróleo y gas, y aumenta la eficiencia. l rendimiento de taladros típicos de esuisto generalmente se cae despu)s del primer año o dos, pero el pico de producción de la 'ida de un bien puede e#tenderse a 'arias d)cadas.
Mientras ue el principal uso industrial de la fracturación hidráulica es en la estimulación de la producción de los pozos de petróleo y gas, fracturación hidráulica se aplica tambi)nS
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2ara estimular pozos de aguas subterráneas 2ara precondicionar o inducir roca derrumbes minera. Como un medio para mejorar la recuperación de residuos, por lo general los residuos de hidrocarburos o derrames. 2ara la eliminación de residuos mediante inyección profunda en la roca. 2ara medir la tensión en la =ierra ? F A 2ara la generación de electricidad en los sistemas geot)rmicos mejorados. 2ara aumentar las tasas de inyección para el secuestro geológico de C9 @.
5esde finales de $D%, la fracturación hidráulica se ha utilizado, en algunos casos, para aumentar el rendimiento de agua potable de los pozos en una serie de países, incluidos los .;;., &ustralia y :udáfrica
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Re)ere%ci#
. httpS44HHH.slb.com4T4media43iles4resources4oilfieldUre'ieH4orsN4sumN4defi ningUhydraulics.pdf @. httpS44HHH.api.org4hydraulicfracturing N. httpS44HHH.shalegas.energy.go'4resources4<3.pdf O. httpsS44HHH.epa.ie4pubs4reports4research4sss4;ni&berdeenU3racEingIeport. pdf *. httpS44HHH.earthHorEsaction.org4files4publications4<3:panishKeH.pdf
httpS44HHH.slb.com4T4media43iles4resources4oilfieldUre'ieH4orsN4sumN4definingUh ydraulics.pdf
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