Polimeros Usados en La Industria Petrolera

7/26/2019 Polimeros Usados en La Industria Petrolera

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Repblica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educacin Superior

Instituto Universitario de Tecnologa de Valencia

eparta!ento de Pol!eros

Pol!eros "

Polmeros usados en la industria de

la construccin

Elaborado por# Entregado a#

$%acon Eric& $'I# () *(+ "", -ern.ndez $elinda

Seccin# /( 0T


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A continuacin se realizara una breve descripcin de cmo los polmeros influyen

en la industria petrolera

Inyeccin de Polmeros (I)

Un pol!ero es una unin de varias !ol1culas de un !is!o co!puesto 2ue 3or!a una

cadena con sur3actantes' Esta !acro!ol1cula eli!ina los obst.culos para la e3ectiva

presin del agua sobre el petrleo4 co!o si se tratara de un pistn' 5a in6eccin de

pol!eros es una !odi3icacin de la in6eccin de agua 6 consiste en a7adir al agua de

in6eccin un tapn de pol!eros4 de "// a (/// pp!4 de un alto peso !olecular 8" %asta

9 MM: antes de 2ue esta sea in6ectada en el 6aci!iento'

Este proceso !e;ora la razn de !ovilidad agua < petrleo lo cual da co!o resultado un

au!ento en la e3iciencia de barrido4 debido a 2ue se 3or!a un tapn viscoso 6 este con

la in6eccin de agua va a generar un alto 3actor de recobro por2ue este arrastra con

!a6or 3acilidad los 3luidos presentes en el 6aci!iento'

Inundacin por polmeros

5a inundacin por pol!eros consiste en agregar pol!eros al agua subterr.nea4 para

%acer decrecer su !ovilidad' El resultado es un incre!ento en su viscosidad 6 a la vez

decrece la per!eabilidad de la 3ase acuosa 2ue ocurre con algunos pol!eros4 causa una

de su ba;a el radio de !ovilidad' Esta ba;a incre!enta la e3iciencia de la inundacin a

trav1s de un au!ento de la e3iciencia de recuperacin 6 una dis!inucin de la zona de

saturacin de petrleo'

5a irreversible saturacin del petrleo no decrece %asta 2ue la saturacin del petrleo lo

%aga' 5a !a6or e3iciencia en la recuperacin constitu6e el incentivo econ!ico para la

utilizacin de inundacin por pol!eros4 general!ente4 la inundacin por pol!eros

puede ser econ!ica!ente viable nica!ente cuando el radio de !ovilidad de las aguas

subterr.neas es grande4 el reservorio es alta!ente %eterog1neo o una co!binacin de los

!is!os'

DESCRIPCIN DEL PROCESO

El proceso es simple y tanto la seleccin del polmero como la concentracin son los pasos

cruciales en el diseo. Se requieren pruebas de laboratorio cuidadosas y aun, despus de esto,los resultados se deben relacionar con el campo. Los polmeros mas utilizados son los solubles

en agua e insolubles en petrleo o alcohol.

Actualmente, se usan tres tipos de polmeros Los poliacrilamidas, los polisac!ridos y los

polio"idos de etileno. Los dos primeros son los mas aplicados en pruebas de campo, siendo lospoliacrilamidas los mas populares, debido a que, adem!s de aumentar la #iscosidad, alteran lapermeabilidad de la roca yacimiento en las zonas in#adidas, lo cual tambin ba$a la mo#ilidade%ecti#a del agua inyectada.

La inyeccin de polmeros &generalmente poliacrilamidas parcialmente hidrolizadas o '(A)*pro#ee un me$or desplazamiento me$orando la e%iciencias de barrido areal y #ertical,incrementado el recobro debido al aumento de la #iscosidad del agua, lo que produce una

disminucin de la mo#ilidad de agua.


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FACTIBILIDAD DE APLICACIN

Petrleo

+ra#edad - / A(0

1iscosidad 2 34 cp &pre%eriblemente 2 344*

5omposicin 6o critica

Yacimiento

Saturacin de petrleo 2 34 7 del 1( de petrleo m#il

Espesor neto 6o critico

(ro%undidad 2 8444 pies

9azn de mo#ilidad - : ;4

(ermeabilidad -4 md


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De!enta)a *e +olmero

Son sensibles a la salinidad.

?aponamiento que se origina en la %ormacin.

Es muy susceptible al ataque bacterial.

Son muy costosas al momento de tener problemas.

E%ecto de es%uerzos y altas temperaturas

Agua de alta calidad

CRITERIOS PARA LA SELECCIN DE PO,OS DESTINADOS A INYECCIN DEPOL'(EROS-

La optimizacin del desarrollo de un reser#orio requiere de muchas e#aluaciones que

in#olucren di%erentes combinaciones de las #ariables de decisin, tal como las propiedades delreser#orio, localizacin de pozos y par!metros de cronograma de produccin, que permitanlograr %inalmente la me$or estrategia econmica.

Antes de iniciar la recuperacin asistida, el operador debe recoger tanta in%ormacin comole sea posible acerca del pozo y del estatus y de las condiciones de saturacin del reser#orio.Este estudio se realiza mediante ensayos que in#olucran tcnicas analticas y geolgicasacerca de la mor%ologa del terreno. ?oda esta cadena de in%ormacin %undamenta las basesracionales para la prediccin de reser#as recuperables de petrleo mediante las distintastcnicas que puede in#olucrar una recuperacin asistida. Los procedimientos de recuperacinin#olucran la inyeccin de compuestos qumicos disueltos en agua, inyeccin de gasesmiscibles en alternacin con las aplicaciones de agua, la inyeccin de las denominadas micellarsolutions &que son microemulsiones compuestas por sur%actantes, alcoholes y aceites crudos.*,la inyeccin de #apor, y la combustin in=situ.

@uiz!s el dato m!s crtico acerca de la recuperacin asistida es la saturacin de losreser#orios de petrleo. El in#ersionista debe e#aluar la recuperacin estimable de petrleo poraplicacin de la recuperacin asistida en %uncin de los gastos que se generaran aconsecuencia de la implantacin de esta tcnica, o de los estudios que se deben realizar, o delos equipos nue#os que se deben adaptar a las instalaciones e"istentes. La eleccin delproceso tambin se halla relacionada con la cantidad de petrleo que se estima en el lugar, lapro%undidad del reser#orio, la #iscosidad del crudo.

Es responsabilidad del 0ngeniero y +elogo, elaborar un programa de los requerimientos dedatos durante la #ida de un yacimiento como y cuando estos datos deben ser recolectados. Eldetalle de este programa debe ser modi%icado continuamente a medida que se gane m!sconocimiento sobre el reser#orio.

(ara la seleccin de un pozo destinado a la inyeccin de aditi#os qumicos &polmeros* sedeben tomar en cuenta

3. Lmites del campo y geometra del reser#orio.

-. (ropiedades de la roca.

B. Localizacin de los contactos gasCpetrleo y aguaCpetrleo si estu#ieran presentes.

;. 5aractersticas de los %luidos del reser#orio.


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. 5ondiciones de presin y temperatura inicial del yacimiento.

D. (ro%undidad de la arena prospecti#a.

. Saturacin de %luidos en el medio poroso.

Fna #ez conocidos todos estos par!metros, se procede a la eleccin del tipo decompletacin m!s idnea para la inyeccin de polmeros. En caso de e"istir un pozo productorabandonado, para ahorrar gastos este puede ser usado con tal %in.

+eneralmente el tipo de completacin utilizada es una completacin sencilla, debido a los

ba$os costos que esta representa. Gtro tipo de completacin implicara gastos innecesarios.5abe resaltar, la tubera de inyeccin debe ser altamente resisti#a a la corrosin debido a quese est!n inyectando compuestos qumicos que deterioran r!pidamente la misma.

A continuacin se muestra el tipo de completacin m!s utilizado

PROBLE(AS ASOCIADOS A ESTOS PROCESOS DE REC&PERACIN (E%ORADA

Los mtodos qumicos de recuperacin me$orada in#olucran la inyeccin de un %luido o de#arios %luidos de alta comple$idad qumica. Al estar estos %luidos en contacto con el petrleo y elslido del yacimiento, los cuales han estado en equilibrio %sico=qumico durante millones deaos con la salmuera connata, pueden producirse #arios %enmenos de trans%erenciade masaadsorcin, intercambio inico, entre otros.

Al desplazarse estos %luidos en el yacimiento pueden adem!s producirse %enmenos de no=

equilibrio. ?odos estos %enmenos complican considerablemente el problema de obtencin y el

mantenimiento de una %ormulacin ptima a lo largo del proceso, que ya no es muy simple aHnen un tubo de ensayo cuando se controlan todas las #ariables.

El tapn de polmeros es mucho m!s sencillo desde el punto de #ista %sico=qumico que eltapn de sur%actante.

Sin embargo los polmeros son tambin susceptibles de precipitarse, %ormar nue#as %asesal contacto del tapn de sur%actante, adsorberse en la roca, o ser retenido por %iltracin en losporos pequeos.

Adem!s se debe considerar que una molcula de polmero hidrosoluble que se desplaza

con su %luido sol#ente est! sometida a es%uerzos de cizallamiento al atra#esar cada poro, y esomillones de #eces consecuti#amente. Ese ImalI tratamiento puede producir la ruptura de lacadena polimrica, resultando sta en una degradacin del polmero y una disminucin de sue%ecto #iscosi%icante.

LOS POL'(EROS P&EDEN SER &SADOS EN LA PROD&CCIN DE PETRLEO DETRES (ANERAS.

En tratamientos en pozos cercanos para me$orar la per%ormance de los inyectores deagua o los bombeadores de agua, mediante el bloqueo de zonas de alta conducti#idad

5omo agente que puede unir zonas de alta conducti#idad en las pro%undidades delreser#orio.

5omo agente que reduce la mo#ilidad del agua o el radio de mo#ilidad delaguaCpetrleo.


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El primer modo no es realmente una inundacin por polmeros debido a que el #erdaderoagente del petrleo no es el polmero. 9ealmente la mayora de las tcnicas de recuperacinasistida por polmeros est!n orientadas en el tercer modo.

La mo#ilidad decrece en una inundacin por polmeros por la inyeccin de agua que contieneun gran peso molecular &polmero soluble en agua*. Las interacciones con la salinidad son

importantes, particularmente para ciertas clases de polmeros. 1irtualmente todas laspropiedades de las inundaciones qumicas dependen de la concentracin de iones espec%icosm!s que de la salinidad solamente. La %ase acuosa que contiene solamente cationes di#alentes&dureza* y m!s critica a las propiedades qumicas que las mismas concentraciones de ?.J.S..

(orque del gran peso molecular &3 a B millones* solo una pequea cantidad alrededor de

44gCmBde polmero lle#aran a cabo un sustancial aumento en la #iscosidad del agua.

&SOS DE LAS SOL&CIONES POL'(ERAS PARA INCRE(ENTAR LA REC&PERACINDE PETRLEO O RED&CIR LA PROD&CCIN DE A.&A-

3. ?ratamiento con polmeros cerca al pozo ha sido e%ectuado en pozos de produccin e

inyeccin. Los tratamientos en pozos de produccin son diseados para reducir el %lu$o de%luidos desde zonas que producen cantidades e"cesi#as de agua.

Los tratamientos en pozos de inyeccin son diseados para reducir el #olumen de agua que

ingresa a zonas de alta permeabilidad.

-. Soluciones polmeras que son usadas para taponar zonas de alta permeabilidad a una

distancia prudencial del pozo. Esta tcnica in#olucra la inyeccin de la solucin polmera con uncatin met!lico inorg!nico que e%ectuar! una unin &cross=linK* entre las molculas del polmeroinyectado y las molculas que rodean la super%icie de la roca.

B. Las soluciones polmeras pueden ser inyectadas con el propsito de reducir la mo#ilidadde los %luidos desplazantes, para as me$orar la e%iciencia a la cual el petrleo del reser#orio esdesplazado. Esta aplicacin es la que se describe a continuacin.

Los polmeros tales como las poliacrilamdas o polisac!ridos se pueden adicionar al aguade inyeccin. (royectos tpicos requieren de - a B lb., de polmero por barril de petrleoproducido.

a que muchas #eces el agua de %ormacin a%ecta a los polmeros ad#ersamente, lasolucin polmera es %recuentemente precedida por una solucin de ba$a salinidad &pre%lush*.La solucin polmera es usualmente inyectada como un slug, seguido por una agua de ba$asalinidad, y con agua de alta salinidad usada para desplazar el agua de ba$a salinidad. Esteprocedimiento se realiza para reducir la mezcla de la solucin polmera con agua de altasalinidad. (ara disminuir el contraste de mo#ilidad entre la solucin polmera y el agua detr!sde esta, la concentracin polmera puede ser gradualmente reducida al %inal del slug.

El e%ecto primario del polmero es hacer densa al agua de tal manera que sea m!s e%icienteen desplazar el petrleo. La inyeccin polmera probablemente no reduce la saturacin residualdel petrleo, pero reduce la cantidad de agua que debe ser inyectada antes de alcanzar lasaturacin residual.

El uso de polmero tambin puede incrementar el porcenta$e del patrn de inyeccin que es

barrido por el %luido inyectado. Algunos procesos usan un slug sur%actante &solucin micellar*adelante de la solucin polmera. Los requerimientos tpicos de qumicos para este proceso sonde 3 a - lb, de sur%actante por lb, de petrleo producido. Los sur%actantes reducen la tensin

inter%acial tal que la saturacin residual del petrleo se reduce.


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FACTIBILIDAD DE (AN&FACT&RA DE POL'(EROS PARA LA REC&PERACIN(E%ORADA DE CR&DOS &TILI,ANDO (ATERIAS PRI(AS NACIONALES-

La industria petrolera #enezolana hace un es%uerzo cada #ez mayor en in#estigar eimplantar sistemas no con#encionales, para recuperar el petrleo remanente en losyacimientos. Entre los distintos mtodos de recuperacin me$orada de crudos se encuentra el

de inyeccin de polmero, el cual se %undamenta en el apro#echamiento de la #iscosidad desoluciones acuosas de polmeros para controlar la mo#ilidad de los %luidos, en la %ormacingeolgica.

Polmero De (a/or &o Comercial

En este tipo de inyeccin, los polmeros m!s utilizados se pueden agrupar en dos %amilias

Poliacrilamidas:

Las poliacrilamidas son polmeros solubles en agua, con pesos moleculares que

oscilan entre #alores de 34;

y 3-"34D

. Su solucin acuosa no es corrosi#a para acero yproduce altas #iscosidades a ba$as concentraciones del producto, es sensible a lapresencia de sales minerales y no soporta es%uerzos mec!nicos. Adem!s de suaplicacin en la industria petrolera, las policrilamidas tiene multiples usos, tales como%loculante en el tratamiento de agua negras, hidroseparacin en la industria minera yclari%icacin de $ugo de caa. 0gualmente es de mucha utilidad en la industria te"til,industria del papel y otras como la %armacutica, alimenticia y la agricultura.

(anu#actura0

M!sicamente la poliacrilamida es un producto que tiene como materia prima inicial algas natural, del cual se obtiene el propileno y el amonaco mediante procesos usuales

de industria petroqumica. Estos productos obtenidos mediante una reaccion cono"igeno a una temperatura entre ;- y 34 /5 producen el acetonitrilo, el cual dar!origen a la archilamida, y esta a #es a la poliacrilamida. Las poliacrilamidas se puedenobtener en %orma slida, liquida, siendo la %orma slida la mas recomendable para su%abricacin, debido a sus #enta$as de %acilidad de transporte, menor riesgo decontaminacin del producto y mayor periodo de almacenamiento.

La archilamida es el compuesto b!sico para la produccin de polmeros, y para laobtencin de ambos se requiere adicionalmente !cido sul%Hrico, urea e hidr"ido desodio, los cuales son producidos en el pas, y el persul%ato de potasio y el bisul%ito desodio que proceden del e"terior. La tabla 6ro 3 resume las materias primas necesariaspara la produccin de acrilmidas y poliacrilamidas. En la tabla 6ro - se muestran lascantidades de cada uno de los componentes necesarios para el proceso de

polimerizacin.

Goma Xantano:

La goma "antano es un polisac!rido que tiene como caractersticas resaltantes laestabilidad %rente a sales minerales, y su resistencia a los es%uerzos mec!nicos. Elpeso molecular de esto polmeros s normalmente entre 3 y B millones, sin embargo, sepueden %ormar asociados moleculares que pueden alcanzar los 34 millones. Es uncompuesto sumamente pseudoplastico y moderadamente resistente a la temperatura.?iene di#ersas aplicaciones tanto en la industria petrolera en la recuperacin de crudos,y en %luidos de per%oracin como en otras industrias, tales como la alimenticia,%armacutica y cosmtica.


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(anu#actura0

La goma "antano es el producto del metabolismo de carbohidratos por parte de unmicroorganismo "anthomona, cuya #ariedad mas e%ecti#a en la produccin delpolisacarido es la "anthomona campestris.

En el pas se encuentran microorganismos del tipo antes citado, al igual que las %uentesde carbohidratos necesarios como materia prima para su trans%ormacin, tales comoglucosa, azHcar de caa o remolacha, melasa, #inasa, a#ena, harina de cereales yarroz.

La #elocidad de %ermentacin de la harina de arroz a glucosa es alta, por lo quecon#iene utilizar este componente como nutriente para los organismos, aunque bienpudiera ser#ir otro producto que econmicamente estu#iera en me$or posicin que elarroz o que simplemente %uera %actible su apro#echamiento.

Las etapas que comprende el proceso de %abricacin est!n indicadas en la %igura 6ro By los requerimientos de la principal materia prima se muestran en la %igura 6ro ;. en la

primera %ase se mezclan la harina d arroz con agua para producir la hidrlisis delalmidon de arroz, mediante la adicin de las encimas N=amilasa y almiloglucosidasa,a$ustando el p' gradualmente hasta un #alor de ;,. (osteriormente se procede a lapreparacin del sustrato y la inoculacin del culti#o microorg!nico para la obtencin delcaldo %ermentado. La etapa %inal corresponde a la precipitacin, separacin y secadodel producto. La tabla 6ro B contiene la in%ormacin b!sica sobre los componente

necesarios para la produccin de goma "antano.

INFRAESTR&CT&RA DE POLIACRILA(IDAS-

$'AS DE PROD&CCIN DE POLIACRILA(IDAS-

Sli*o

L1ui*o

ETAPAS EN LA (AN&FACT&RA DE .O(A 2ANTANO-

(ATERIA PRI(A PARA LA PROD&CCIN DE 2ANTANO-

(ateria E+eci#icacin Proce*encia


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Arroz ?ipo 0

?ipo 00

?ipo 000


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(ersul%ato de (otasio ?cnico F.S.A.

Misul%ito de sodio Anhidro

Solucin &B>7*

F.S.A.

RE3&ERI(IENTOS DE (ATERIA PRI(A PARA LA PROD&CCIN DE POLIACRILA(IDA-

(ateria Canti*a* Re1ueri*a 456

(ersul%ato de (otasio 4.-

'idr"ido de Sodio 34.3

Frea 4.D

Sul%ato de Sodio 4.3

6itrgeno -D

Archilamida DB

EC&ACIONES 3&E DESCRIBEN EL PROCESO DE INYECCIN DE POL'(EROS YPER(ITAN REALI,AR LA SI(&LACIN

(o*elo (atem7tico

La %ormulacin general y las ecuaciones de balance del modelo son resueltas de la siguientemanera

3. 9ealiza balance de masa para cada especie.-. 9esuel#e la ecuacin de presin de la %ase acuosa haciendo un balance de masa

general sobre el #olumen ocupado por los componentes &agua, petrleo, polmetro*.Las presiones de las otras %ases son calculadas al incluir el e%ecto de la presin capilarentre las %ases.

B. 9esuel#e la ecuacin de balance de energa.

Se modelan un m!"imo de ; %ases, de las cuales una corresponde aun gas simple identi%icada &Q ;* y las otras tres %ases liquidas, a saberacuosa &Q3*, oleica &Q-*, y microemulsion &QB*, las cuales depende delas cantidades relati#as y la concentracin e%ecti#a de electrolitos&salinidad* del medio de la %ase.

Las ecuaciones de %lu$o permiten compresibilidad en los %luidos y laroca, dispersin y di%usin molecular, reacciones qumicas, ycomportamiento de la %ase, y son complementadas medianterelaciones constituti#as.

Se establecen las siguientes restricciones para resol#er el sistema de ecuaciones de%lu$o

Equilibrio termodin!mico local, e"cepto para marcadores y para ladisolucin de componentes org!nicos.

0nmo#ilidad de las %ases slidas.

Jispersin de


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5omo condicin de contorno, se establece que no hay %lu$o de %luido ni %lu$o disperso atra#s de los bordes impermeables.

Ecuacin *e coner!acin *e la maa

La conser#acin de masa para el componente P aplica la ley de Jarcy,es e"presada en termino del #olumen total del componente P porunidad de #olumen

Jonde el #olumen total del componente P por unidad de #olumen es la suma

del #olumen ocupado en todas las %ases, incluso de las %ases adsorbidas.

(ara KQ3,R.nc

Jonde nc#repre;senta el numero de #olumen ocupado por los componentes np

el numero total de %ases es la concentracin absorbida de la especie K es ladensidad del componente puro K a la presin de re%erencia de la %ase &(9*, conrespecto a su densidad a la presin de re%erencia &(9G*, normalmente tomandoa condiciones de super%icie &3atm*.

Se asume un mezclado ideal y una compresibilidad pequea yconstante & 5K* y se e"presa como

El %lu$o de dispersin tiene la %orma de la ecuacin de


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de la %ase y la densidad especi%ica .

El termino %uerte 9Kes una combinacin de los trminos de todas las tasaspara un componente en particular, y puede ser e"presado de la siguientemanera

Jonde @K es la tasa de inyeccinCproduccin para el componente K por el#olumen total es la tasa de reaccin para el componente K en la %ase y en la%ase solidas respecti#amente. Las ecuaciones de %lu$o utilizado para las

direcciones y y z, son an!logas a las aplicadas para la direcciones ".

Ecuacin *e "alance *e Energa

La ecuacin de balance de energa es desarrollada a partir de lasuposicin de que la energa es solo %uncin de la temperatura y el%lu$o energtico en el yacimiento ocurre Hnicamente mediantead#erccion y con#eccion de calor. La ecuacin resulta

Jonde ? es la temperatura del yacimiento y son los calores espec%icos a#olumen constante del slido y la %ase es el calor espec%ico a presinconstante de la %ase y es la conducti#idad trmica, todas estas propiedades se

asumen constantes.

A su #ez qh es el trmino %uerte de entalpa para el #olumen total y @ Lson lasperdidas de calor hacia los bordes superior e in%erior de la %ormacin o elslido, calculadas mediante el mtodo de perdidas de calor de 1isomen yTester#eld &38>4*.

Ecuacin *e Prein

La ecuacin de presin es desarrollada como sigue

a. Se hace una sumatoria de las ecuaciones de balance de masa sobre todo el

#olumen ocupado por los componentes.b. Se sustituyen los trminos de %lu$o de la %ase por la ley de Jarcy para %lu$o

multi%asico.c. Se establece la de%inicin de presin capilar.d. Se especi%ica que

(ara realizar los c!lculos, se utiliza la primera %ase &acuosa* como presin dere%erencia, as


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Jonde es la permeabilidad relati#a del componente K en la %ase , y la permeabilidad relati#a

total se calcula mediante la e"presin .

La compresibilidad total 5t, es la suma del peso #olumtrico de la roca o matrizslida &5r* y de los componentes compresibles &5K* presentes en elyacimiento

Polimeros Usados en La Industria Petrolera

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