INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA CHONTALPA
Alumno: Jesús Mendoza Márquez
Docente: Ing. Tomas Gómez Sánchez
Asignatura: Sistemas Artificiales
Semestre: 8 Grupo: !"#
Carrera: Ingenier$a %etrolera
INTRODUCCION
&a e'%lotación de un (acimiento de %etróleo ocurre )ásicamente en tres eta%as. *n la %rimera+ el %etróleo se drena naturalmente hacia los %ozos )a,o el efecto de gradiente de %resión e'istente entre el fondo de los %ozos ( el seno del (acimiento. -uando la %resión del medio se hace inadecuada+ o cuando se están %roduciendo cantidades im%ortantes de otros fluidos agua ( gas+ %or e,em%lo/+ se inicia entonces la segunda fase+ la cual consiste en in(ectar dentro del (acimiento un fluido menos costoso que el crudo %ara mantener un gradiente de %resión. *sta es conocida como recu%eración secundaria. *n estas dos %rimeras eta%as se logra recu%erar un %romedio a%ro'imado de 012 a 342 del %etróleo original en sitio 56*S/+ quedando el resto atra%ado en los %oros de la estructura del reser7orio de)ido a fuerzas 7iscosas ( ca%ilares+ además de la %resencia de fracturas naturales o regiones de alta %ermea)ilidad causantes de que el agua in(ectada flu(a a tra7s de canales %otenciales de menor resistencia ( de,ando cantidades im%ortantes de crudo atra%ado en la formación. *n la segunda fase de recu%eración+ se im%lementan Sistemas que %ro7een de energ$a al %ozo+ estos son conocidos como9 !Sistemas Artificiales de 5roducción#. 5ara la im%lementación de estos+ es necesario conocer las caracter$sticas del %ozo a inter7enir+ %ues de ello de%ende el 'ito que se logra o)tener.
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Necesi"a" "e los Sistemas Arti#iciales "e Pro"ucci$n
*n M'ico+ más del 81 %or ciento de la %roducción de hidrocar)uros %ro7iene de (acimientos en car)onatos fracturados. *n efecto+ muchos (acimientos de aceite ( gas %roducen gracias al aumento de %ermea)ilidad que le dan las fracturas naturales+ conductos %rinci%ales %ara el flu,o de fluidos+ %or lo que el conocimiento de sus caracter$sticas. :ise;ar ( esta)lecer los %arámetros de o%eración de un %ozo o un sistema de %ozos de manera ó%tima ( segura a lo largo de toda su 7ida. 6)ser7ar el desem%e;o de los %ozos que están en funcionamiento con el fin de determinar si el sistema está res%ondiendo como se es%era)a ( si este es el ó%timo.
&os sistemas artificiales es el área de la ingenier$a %etrolera que estudia los mtodos que se usan %ara incrementar la %roducción en %ozos flu(entes o )ien %oner a %roducir %ozos que esta)an de%resionados+ usando una fuente e'terna de energ$a %ara a(udar a la %resión del (acimiento a 7encer las %rdidas de %resión que ha( en el sistema de %roducción. =educir las %rdidas de %resión o A)rir los
estrangulad o -am)iar el diámetro de la tu)er$a de %roducción o -am)iar el diámetro de la l$nea de descarga. &a segunda o%ción es modificar la naturaleza de los fluidos a. -o c. Inhi)idor de incrustaciones.
*l dise;o ( o%timización de un %ozo requiere del conocimiento de 7arias áreas de la ingenier$a %etrolera9 5erforación Terminación *stimulación+ 5rue)as de %resión Ingenier$a de (acimientos+ =ecu%eración me,orada+ >lu,o multifásico en tu)er$as+ 5roducción natural ( sistemas artificiales. Trans%orte Instalaciones de almacenamiento ( distri)ución Generación ( distri)ución de energ$a Instalaciones su%erficiales+ *quili)rio de fases. ?n %ozo %roductor es %erforado con el fin de %ro7eer una cone'ión entre el (acimiento ( las instalaciones su%erficiales.
!% SISTE&AS E'ISTENTES ( SUS RANGOS DE OPERACI)N
Sistemas De *om+eo Neum,tico En Po-os De Gas Natural *n los %ozos de gas maduros+ la acumulación de fluidos en el %ozo %uede o)struir ( en ocasiones detener la %roducción de gas. *l flu,o de gas se mantiene eliminando los fluidos que se acumulan con el uso de una )om)a de )alanc$n o tratamientos de remedio+ como lim%iando+ en,a)onando o 7entilando el %ozo a %resión atmosfrica conocido como !%urgado# del %ozo/. &as o%eraciones de eliminación de fluido+ en %articular las de %urgado+ %ueden causar emisiones im%ortantes de metano a la atmósfera. Instalar un sistema de )om)eo neumático es una alternati7a económica %ara eli minar los l$quidos. &os sistemas de )om)eo neumático tienen la 7enta,a adicional de aumentar la %roducción+ as$ como reducir significati7amente las emisiones de metano que se relacionan con las o%eraciones de %urgado. *l )om)eo neumático usa la concentración de %resión de gas del %ozo %ara )om)ear hacia fuera del %ozo una columna de fluido acumulado. *l sistema de )om)eado neumático a(uda a mantener la %roducción de gas ( %uede reducir la necesidad de tener que realizar otras o%eraciones de remedio.
*l funcionamiento de un sistema de )om)eo neumático se a%o(a en la acumulación natural de %resión en el gas del %ozo durante el tiem%o en que el %ozo est cerrado tem%oralmente sin %roducir/. &a %resión del %ozo cerrado tem%oralmente de)e ser lo suficientemente más alta que la %resión de la l$nea de 7enta como %ara le7antar el m)olo ( la carga de l$quido a la su%erficie. ?n mecanismo de 7ál7ula+ controlado %or un micro%rocesador+ regula la entrada de gas a la tu)er$a de ademe ( automatiza el %roceso. *l controlador normalmente se energiza mediante una )ater$a recarga)le solar ( %uede ser un sencillo ciclo de cronómetro o tener una memoria de estado sólido ( funciones %rograma)les con )ase en sensores de %roceso. &a o%eración de un sistema de )om)eo neumático t$%ico im%lica los %asos siguientes9 @. *l m)olo descansa en el resorte im%ulsor del agu,ero inferior que se u)ica en la )ase del %ozo. -onforme se %roduce gas en la l$nea de 7entas+ los l$quidos se acumulan en el agu,ero del %ozo+ creando un aumento gradual en contra%resión que hace más lenta la %roducción de gas. 0. 5ara in7ertir el descenso de la %roducción de gas+ el %ozo se cierra tem%oralmente en la su%erficie mediante un controlador automático. *sto causa que la %resión del %ozo aumente conforme un 7olumen grande de gas a alta %resión se acumula en la corona entre la tu)er$a de ademe ( la tu)er$a. ?na 7ez que se o)tiene suficiente 7olumen de gas ( %resión+ el m)olo ( la carga de l$quido son em%u,ados a la su%erficie. 3. -onforme se le7anta el m)olo a la su%erficie+ el gas ( los l$quidos acumulados %or encima del m)olo flu(en a tra7s de las salidas su%erior e interior. . *l m)olo llega ( queda ca%turado en el lu)ricante+ situado enfrente de la salida su%erior del lu)ricador. 1. *l gas que ha le7antado el m)olo flu(e a tra7s de la salida inferior a la l$nea de 7entas. B. ?na 7ez que se esta)iliza el flu,o de gas+ el controlador automático li)era el m)olo+ )a,ándolo %or la tu)er$a. C. *l ciclo se re%ite.
"eneficios económicos ( %ara el medio am)iente
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-om%aración entre costos más )a,os de ca%ital ( la instalación del equi%o de )om)as de )alanc$n.
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Menos mantenimiento al %ozo ( menos tratamientos de remedio.
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&a %roducción continua me,ora las tasas de %roducción de gas ( aumenta la eficiencia.
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=educción de acumulación de %arafina ( escamas.
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*misiones más )a,as de metano. &os sistemas de )om)eo neumático ofrecen 7arias 7enta,as so)re los otros tratamientos de remedio %ara eliminar l$quidos de de%ósito de los %ozos9 el aumento de las 7entas de gas+ aumento de la 7ida del %ozo+ la reducción del mantenimiento del %ozo ( la disminución de las emisiones de metano.
Sistema "e *om+eo mec,nico *l re7estimiento ( la manera de terminar el %ozo %uede ser mu( %arecida a la antes descrita %ara %ozos de flu,o natural+ e'ce%to que la gran diferencia estri)a en cómo hacer llegar el %etróleo desde el fondo del %ozo a la su%erficie. *l (acimiento que ha de %roducir %or )om)eo mecánico tiene cierta %resión+ suficiente %ara que el %etróleo alcance un cierto ni7el en el %ozo. 5or tanto+ el )om)eo mecánico no es más que un %rocedimiento de succión ( transferencia casi continúa del %etróleo hasta la su%erficie. *l )alanc$n de %roducción+ que en a%ariencia ( %rinci%io )ásico de funcionamiento se aseme,a al )alanc$n de %erforación a %ercusión+ im%arte el mo7imiento de su)e ( )a,a a la sarta de 7arillas de succión que mue7e el %istón de la )om)a+ colocada en la sarta de %roducción o de educción+ a cierta %rofundidad del fondo del %ozo
&a 7ál7ula fi,a %ermite que el %etróleo entre al cilindro de la )om)a. *n la carrera descendente de las 7arillas+ la 7ál7ula fi,a se cierra ( se a)re la 7ál7ula 7ia,era %ara que el %etróleo %ase de la )om)a a la tu)er$a de educción. *n la carrera ascendente+ la 7ál7ula 7ia,era se cierra %ara mo7er hacia la su%erficie el %etróleo que está en la tu)er$a ( la 7ál7ula fi,a %ermite que entre %etróleo a la )om)a. &a re%etición continua del mo7imiento ascendente ( descendente em)oladas/ mantiene el flu,o hacia la su%erficie -omo en el )om)eo mecánico ha( que )alancear el ascenso ( descenso de la sarta de 7arillas+ el contra%eso %uede u)icarse en la %arte trasera del mismo )alanc$n o en la mani7ela. 6tra modalidad es el )alanceo neumático+ cu(a construcción ( funcionamiento de la recámara se aseme,a a un amortiguador neumáticoD generalmente 7a u)icado en la %arte delantera del )alanc$n. *ste ti%o de )alanceo se utiliza %ara )om)eo %rofundo. &os diámetros de la )om)a 7ar$an de 01+ a @04 mil$metros. *l des%lazamiento de fluido %or cada diámetro de )om)a de%ende del número de em)oladas %or minuto ( de la longitud de la em)olada+ que %uede ser de 7arios cent$metros hasta E metros. 5or tanto+ el )om)eo %uede ser de fracciones de metro cú)ico hasta unos C4 metros cú)icosFd$a. &as )om)as son del ti%o llamado de tu)er$a de educción+ (a que el cilindro o %istón de la )om)a 7a conectado a la tu)er$a de educción ( se mete en el %ozo como %arte integral de la sarta a la %rofundidad deseada de )om)eo. *l m)olo de la )om)a+ que lle7a la 7ál7ula 7ia,era+ constitu(e la %arte e'trema inferior de la sarta de 7arillas de succión. &a sarta de 7arillas se mete en la tu)er$a de educción hasta llegar a la 7ál7ula fi,a+ u)icada en el fondo del cilindro. &uego se su)e la sarta de 7arillas cierta distancia ( %or medio del 7ástago %ulido+ colgador ( riendas se fi,a en el )alanc$n+ de manera que en la carrera descendente no gol%ee la 7ál7ula fi,a. 6tro ti%o de )om)a es la integral+ en la cual todos sus elementos conforman una sola %ieza+ que utilizando la sarta de 7arillas se %uede colocar o e'traer+ sin necesidad de sacar la sarta de educción+ %ara cam)iarle algunos de sus com%onentes o reem%lazarla %or otra del mismo dise;o. *ste ti%o requiere que la sarta de educción sea %ro7ista de un ni%le adecuado o dis%ositi7o similar %ara enca,arla. -omo las 7ál7ulas fi,a ( 7ia,era de)en ser resistentes a la corrosión ( a la a)rasión+ sus esferas ( asientos se fa)rican de acero ino'ida)le+ acero tem%lado+ metal monel+ aleaciones de co)alto+ acero tungsteno o )ronce.
&as 7arillas de succión son hechas de 7arias aleaciones de metales. *stán su,etas a un funcionamiento mecánico que le im%one esfuerzos de estiramiento+ encogimiento ( 7i)raciónD fatiga+ corrosión+ erosión. -ada 7arilla tiene en un e'tremo una es%iga macho/ redonda+ sólida ( roscada+ ( más a)a,o del hom)rillo+ en forma cuadrada+ una muesca %ara enca,ar la lla7e %ara el enrosque ( desenrosque. *n el otro e'tremo lle7a la ca,a o cone'ión hem)ra+ internamente roscada+ con muesca e'terior o con muesca %or de)a,o de la ca,a+ %ara otra lla7e
que facilita el enrosque o desenrosque de la 7arillas una tras otra.&as 7arillas se fa)rican+ generalmente+ en diámetros de @1+ED @ED 00+0D 01+ ( 08+B mil$metros+ con sus corres%ondientes dimensiones %ara la es%iga+ hom)rillo+ ca,a+ muesca+ etc.
&a longitud de las 7arillas es de C+B ( E+@1 metros. *l %eso de las 7arillas+ en gF34 metros de longitud+ 7a desde 30+C a @BC+3 ilogramos. 5ara cada diámetro de tu)er$a de educción e'iste un diámetro adecuado de 7arillas+ %ara ma(or efecti7idad de funcionamiento. *s el sistema más reconocido de )om)eo. ?tiliza un mo7imiento 7ertical transmitido %or contra%esos ( un )razo mecánico que su)e ( )a,a. &a )om)a en s$ misma se encuentra en el fondo ( se le transmite el mo7imiento a tra7s de 7arillas que hacen su recorrido %or dentro del tu)ing. Al descender+ la 7ál7ula inferior se cierra ( el %istón de la )om)a )a,a llenándose de %etróleo. Al su)ir+ la 7ál7ula inferior se a)re ( mientras el %istón ,ala el %etróleo que tiene dentro hacia arri)a+ a la 7ez llena la %arte inferior %or succión con una nue7a carga que %osteriormente ele7ará. As$ o%era en forma alternati7a o )atch. :ado el gran )razo de torque que tienen+ son el ti%o de )om)a %referido en caso de tener que generar grandes %resiones. &a motorización %uede ser elctrica o con motor a e'%losión. *ste es un mtodo mu( difundido en nuestro %a$s ( uno de los más antiguos+ fue de hecho el %rimer sistema artificial de )om)eo.
SISTE&AS DE *O&*EO ELECTROCENTR./UGO 0*EC1
Sistema artificial de %roducción+ ca%az de %roducir altos 7olúmenes de l$quidos+ manteniendo esta)les las condiciones o%erati7as de los %ozos e incrementando significati7amente la %roducción de aceite de los mismos. Tiene como %rinci%io fundamental le7antar el fluido del (acimiento hasta la su%erficie+ mediante la rotación centr$fuga de una )om)a elctrica sumergi)le cu(a %otencia es suministrada %or un motor elctrico u)icado en el fondo del %ozo.*n la su%erficie se genera la energ$a elctrica a tra7s de motogeneradores ( se suministra %or medio de un conductor hasta el motor elctrico de fondo.
*l )om)eo electrocentr$fugo sumergido ha %ro)ado ser un sistema artificial de %roducción eficiente ( económico. *n la actualidad ha co)rado ma(or im%ortancia de)ido a la 7ariedad de casos industriales en los que es am%liamente ace%tado. *n l a industria %etrolera+ com%arati7amente con otros sistemas artificiales de %roducción tiene 7enta,as ( des7enta,as+ de)ido a que %or di7ersas razones no siem%re %uede resultar el me,or. *l mtodo de le7antamiento artificial %or "om)eo *lectrosumergi)le "*S/ tiene como %rinci%io fundamental le7antar el fluido del reser7atorio hasta la su%erficie+ mediante la rotación centr$fuga de la )om)a electrosumergi)le. &a %otencia requerida %or dicha )om)a es suministrada %or un motor elctrico que se encuentra u)icado en el fondo del %ozoD la corriente elctrica+ necesaria %ara el funcionamiento de dicho motor+ es suministrada desde la su%erficie+ ( conducida a tra7s del ca)le de %otencia hasta el motor. *l Sistema "*S re%resenta uno de los mtodos de le7antamiento artificial más automatiza)les ( fácil de me,orar+ ( esta constituido %or equi%os com%le,os ( de alto costo+ %or lo que se requiere+ %ara el )uen funcionamiento de los mismos+ de la a%licación de herramientas efecti7as %ara su su%er7isión+ análisis ( control. Su 7enta,a %rinci%al es que realmente no tiene casi instalaciones de su%erficie a e'ce%ción de un control de 7elocidad del motor. &a motorización es elctrica e'clusi7amente ( el motor se encuentra en la )om)a misma al fondo del %ozo.
*stas se energizan con un ca)le elctrico )lindado que 7a %aralelo al tu)ing ( que conecta las tomas de %otencia en la su%erficie con la )om)a.*l motor mismo es la )om)a. Su tecnolog$a es la más com%licada ( cara %ero son %referidas en caso de tener que ele7ar grandes caudales. &a des7enta,a es que son dif$ciles de instalar ( su energización no siem%re es altamente confia)le. *n cuanto al costo de instalación+ es el más alto+ %ero el mantenimiento de su%erficie es m$nimo ( limitado a los com%onentes electrónicos de los 7ariadores de 7elocidad ( %rotecciones elctricas. *l mtodo de le7antamiento artificial %or "om)eo *lectro sumergi)le "*S/ tiene como %rinci%io fundamental im%ulsar el fluido del reser7orio hacia la su%erficie+ mediante la rotación centr$fuga de la )om)a. *ste mtodo %uede utilizarse %ara %roducir fluidos de alta 7iscosidad+ crudos con gas ( %ozos con alta tem%eratura. ?na unidad t$%ica con7encional del Sistema de "om)eo *lectro sumergi)le se com%one )ásicamente de equi%os de su)suelo+ equi%os de su%erficie+ ca)les ( com%onentes su%erficiales. &a figura Ho @ muestra un diagrama esquemático de los equi%os de su%erficie ( su)suelo. *l con,unto de equi%os de su)suelo se encuentra constituido %or la )om)a centrifuga+ la sección de entrada estándar o el se%arador de gas+ la sección de sello o %rotector+ el motor elctrico. *ntre los ca)les tenemos9 el ca)le conductor elctrico+ el ca)le de cone'ión al motor ( el sensor de fondo.
&os equi%os de su%erficie están conformados %or el ca)ezal de descarga+ el 7ariador de frecuencia o el controlador de arranque directo+ la ca,a de unión o 7enteo ( %or el con,unto de transformadores. *ntre los com%onentes de accesorios se %ueden listar la 7ál7ula de drena,e+ la 7ál7ula de 7enteo+ los so%ortes en el ca)ezal+ los centralizadores ( las )andas de ca)le.
Sistemas "e *om+eo Hi"r,ulico!
?na )om)a hidráulica es un dis%ositi7o tal+ que reci)iendo energ$a mecánica de una fuente e'terior+ la transforma en una energ$a de %resión transmisi)le de un lugar a otro de un sistema hidráulico a tra7s de un l$quido cu(as molculas estn sometidas %recisamente a esa %resión. &os sistemas de )om)eo hidráulico %ro%orcionan una fle'i)ilidad e'traordinaria en la instalación ( ca%acidad de funcionamiento %ara cum%lir una am%lia gama de requerimientos de e'tracción artificial. &a instalación de la %otencia su%erficial %uede %onerse en un lugar central %ara ser7ir a %ozos múlti%les+ o como una unidad con7eniente montada so)re %at$n localizada en el lugar del %ozo indi7idual. *l requerimiento de equi%o m$nimo en el ca)ezal del %ozo acomoda de cerca el %edestal de %erforación
es%aciado de cerca+ o las terminaciones de %lataforma+ as$ como los requerimientos su%erficiales de %erfil )a,o. *l )om)eo hidráulico se )asa en un %rinci%io sencillo9 !&a %resión e,ercida so)re la su%erficie de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones#. A%licando este %rinci%io es %osi)le in(ectar desde la su%erficie un fluido a alta %resión que 7a a o%erar el %istón motor de la unidad de su)suelo en el fondo del %ozo. *l %istón motor esta mecánicamente ligado a otro %istón que se encarga de )om)ear el aceite %roducido %or la formación. &os fluidos de %otencia más utilizados son agua ( crudos li7ianos que %ueden %ro7enir del mismo %ozo.
2enta3as 5ueden ser usados en %ozos %rofundos F @8444 %ies/. Ho requieren taladro %ara remo7er el equi%o de su)suelo. 5uede ser utilizado en %ozos des7iados+ direccionales ( sitios inaccesi)les. Karios %ozos %ueden ser controlados ( o%erados desde una instalación central de control. 5uede mane,ar )a,as concentraciones de arena.
Des4enta3as -osto inicial alto &as instalaciones de su%erficie %resentan ma(or riesgo+ %or la %resencia de altas %resiones. Altos costos en la re%aración del equi%o. Ho es recomenda)le en %ozos de alto =G5. 5ro)lemas de corrosión. *l dise;o es com%le,o.
Teóricamente el )om)eo hidráulico a%arece como la solución a todo ti%o de %roducción artificial de %ozos %etroleros. Sin em)argo+ factores %rácticos+ como contaminantes en el aceite+ arena+ agua ( sólidos en sus%ensión+ de%ositación de %arafinas en las tu)er$as ( en general el e'cesi7o costo de tratamiento %articularmente cuando la %roducción %osee alto corte de agua hacen que su atracti7o sea menor.
!5 Criterios para selecci$n "e sistemas arti#iciales "e pro"ucci$n
@. &a instalación de los sistemas artificiales de %roducción o)edece a razones económicas y técnicas. 0. Antes de instalar un sistema artificial+ es con7eniente tener un estudio económico que com%are todos los sistemas artificiales )a,o las siguientes %remisas9
In7ersión inicial+ 7ida útil del sistema+ costos de o%eración+ %roducción es%erada+ costos ( duración de inter7enciones a %ozos+ %or inter7enciones ( estad$stica de fallas de los sistemas. 3. *s con7eniente realizar un estudio de análisis de riesgo+ el cual de)e incluir un análisis estad$stico de fallas+ as$ como un análisis de riesgo o%erati7o al inter7enir los %ozos. .:e)en re7isarse las caracter$sticas geomtricas de los %ozos+ las %ro%iedades de los fluidos %roducidos+ la %osi)le formación de de%ósitos orgánicos e inorgánicos+ la %osi)le %roducción de arena+ la tem%eratura de los %ozos+ la %roducción de gases amargos ( la %rofundidad de media de los %ozos+ con la finalidad de escoger el sistema adecuado a las condiciones de los %ozos. 1. -on el estudio económico+ el estudio de riesgo ( el estudio tcnico+ se está en %osi)ilidad de elegir el sistema indicado %ara las condiciones es%ec$ficas es%eradas. *ste estudio %uede ser considerado como un estudio de facti)ilidad .
CONCLUSION &a instalación de los sistemas artificiales de %roducción+ o)edece a razones económicas ( tcnicas. Antes de instalar un sistema artificial+ es con7eniente tener un estudio económico que com%are todos los sistemas artificiales )a,o las siguientes %remisas9 In7ersión inicial+ 7ida útil del sistema+ costos de o%eración+ %roducción es%erada+ costos ( duración de inter7enciones a %ozos+ %roducción diferida %or inter7enciones ( estad$stica de fallas de los sistemas. -on estas %remisas se definirán los indicadores económicos de renta)ilidad. *s con7eniente realizar un estudio de análisis de riesgo+ el cual de)e incluir un análisis estad$stico de fallas+ as$ como un análisis de riesgo o%erati7o al inter7enir los %ozos. :e)en re7isarse las caracter$sticas geomtricas de los %ozos+ las %ro%iedades de los fluidos %roducidos+ la %osi)le formación de de%ósitos orgánicos e inorgánicos+ la %osi)le %roducción de arena+ la tem%eratura de los %ozos+ la %roducción de gases amargos ( la %rofundidad de media de los %ozos+ con la finalidad de escoger el sistema adecuado a las condiciones de los %ozos. -on el estudio económico+ el estudio de riesgo ( el estudio tcnico+ se está en %osi)ilidad de elegir el sistema indicado %ara las condiciones es%ec$ficas es%eradas. *ste estudio %uede ser considerado como un estudio de facti)ilidad.
