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RedaHPS Horizontal multistage surface pumps

EQUIPO DE BOMBEO HORIZONTAL Marzo 2010 Diego Márquez Tech. Sales Support Schlumberger 

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RedaHPS Horizontal multistage surface pumps CONTENIDO 1. Introducción 2. Componentes del Sistema 3. Consideraciones durante el Arranque 4. Consideraciones de mantenimiento 5. Fundamentos de diseño 6. Unidades Instaladas

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INTRODUCCION Primera RedaHPS* Construida en 1940’s

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INTRODUCCION 7’500.000+ 90.000+ 3000 + 75 + 25 10 1 Power you can count on

bbl/d de agua inyectados utilizando Reda HPS HP en unidades vendidas el 2009 Número de unidades instaladas . Número de años en el negocio de bombas. Número de años de la primer unidad vendida. Porcentaje del neto que Schlumberger genera para reinvertirlo en investigación & desarrollo anualmente. Primera unidad construida construida en 1940’s

INTRODUCCION HPS ECUADOR

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INTRODUCCION El Sistema de Bombeo Horizontal Horizontal (HPS) ofrece gran confiabilidad, flexibilidad, tiempo de entrega, y mantenimiento mínimo. Miles de unidades HPS son operadas alrededor del mundo en aplicaciones tan diversas como: •Inye Inyección cción y Reinyección Reinyección de Agua •Almacenamiento •Booster para Crudo y Agua •Transferencia de Crudo •Bombeo en Sistemas Power Oil para bombas de subsuelo jet y pistón. •Bombeo de NGL / Diesel Fuel •Procesos Industriales de Bombeo Power you can count on

INTRODUCCION Un sistema de bombeo horizontal consiste básicamente de una bomba multietapas con su cámara de empuje, un motor eléctrico o de combustión montados sobre una estructura de acero conocida como Skid. Los sistemas de control y protección también son parte de la unidad HPS. Bomba Centrífuga: Conjunto de elementos encargados encargados de transformar un par motriz en trabajo hidráulico. Schlumberger dispone de una gran variedad de bombas para aplicaciones de bombeo horizontal. Power you can count on

INTRODUCCION Cámara de empuje: Elemento encargado de soportar el empuje axial que genera la bomba centrifuga multietapas. Motor: Elemento encargado de transformar la energía (eléctrica motor eléctrico) (térmica motor de combustión interna) en un par motriz.

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INTRODUCCION Sistema de Control: Los sistemas de control en HPS varían de acuerdo a la aplicación que se le vaya a dar al equipo y a los requerimientos del sistema. Básicamente esta constituido c onstituido por un arrancador o variador de frecuencia, el mismo que puede ser en caso de motores eléctricos. Sistema de Protección: Son los sensores que protegen operativamente a la unidad HPS de condiciones fuera de tolerancia de cada uno de los equipos. Power you can count on

INTRODUCCION Bomba RedaHPS* Es una bomba multietapas con los siguientes rangos operacionales:

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•

50 HP a 2000 HP

•

600 BPD a 65,000 BPD

•

Hasta un 80 % de eficiencia de bomba.

•

Presión de descarga hasta 6600 psi.

•

Presión de succión hasta 3000 psi

INTRODUCCION Ventajas de las RedaHPS * •

Fácil y rápido mantenimiento.

•

Mínima vibración: fracturas en líneas.

•

Reducción de ruido.

•

Mínima cantidad de repuestos en inventario.

•

Buenos tiempos de entrega.

•

Personal local especializado: soluciones personalizadas rápidas.

•

Repuestos siempre en stock

•

Volumen y presión de trabajo ajustables: VSD

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Componentes Principales del sistema HPS

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GENERACION 1 vs GENERACION 3

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BOMBA CENTRIFUGA MULTIETAPAS Esta constituida internamente por impulsores y difusores. Los impulsores determinan la tasa de flujo que la bomba es capaz de manejar para un diseño específico. Externamente posee una base, cabeza y Housing con anillos de refuerzo. r efuerzo. Power you can count on

BOMBAS CENTRIFUGAS CENTRIFUGAS – RANGOS DE DE OPERACION OPERACION TIPO

SERIE

G6200N G N 70 00 HJ200N J N 1 00 00 HJ350N H M 52 0A H M 67 5A HN1050A

5 40 5 40 675 6 75 675 862 862 950

Q Mínimo Q Óptimo Q Máximo (BPD) (BPD) (BPD) 45 00 66 74 8 00 0 50 00 73 89 9 00 0 45 00 70 41 9 000 82 50 10723 1 45 00 80 00 12630 18500 12000 18672 24 000 19000 24328 32 500 24000 38822 47500

Hz 60 60 60 60 60 60 60 60

Lev. Etapa HP (psi) Requerido 1 3 .8 2 2.21 1 3 .7 0 2.59 3 5 .9 6 6.38 2 4 .7 0 5.83 3 6 .0 1 1 0 .1 1 4 5 .3 7 1 8 .6 4 5 0 .3 4 2 8 .9 6 6 1 .0 0 5 7 .7 6

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BOMBAS CENTRIFUGAS CENTRIFUGAS – RANGOS DE DE OPERACION OPERACION

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SKID WELMENT ASSEMBLY •Tres tipos de skids estándares: Light Duty (LD), Normal Duty (ND), y Maximun Duty (MD) ( MD) •Flexibilidad en el Diseño del Skid – Habilidad para para redimensionar bombas/motores bombas/motores (mismo Frame) sin adquirir un nuevo skid. •Corto tiempo de entrega (mínimo dos semanas) •Un soporte estándar de la cámara de empuje para todos los tipos de skid. Power you can count on

CÁMARA DE EMPUJE Externamente posee una base, cabeza, housing, medidor de nivel de aceite. Esta constituida internamente por Rodamientos de carga axial y radial. El número de rodamientos de carga axial lo determina la capacidad de la bomba. Operan con aceite de lubricación, de acuerdo a la carga que manejan requieren enfriador de aceite. Power you can count on

MOTOR ELECTRICO Es un motor de inducción, de corriente alterna, trifásico, de dos polos para 3500RPM. El ambiente en el cual el motor está instalado tiene un efecto grande en el promedio promedio de vida de la unidad. Mientras que el tiempo de vida del motor esperado es 5 años, este será acortado seriamente seriamente si no se protegen correctamente correctamente contra el polvo, la humedad y los contaminantes.

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MOTOR ENCLOSU ENCLOSURE RE - Total Totally ly Enclosed Enclosed Fan Cooled Cooled (TEFC) Para los usos al aire libre y las atmósferas que contienen suciedad, polvo, ácidos, sales u otros productos químicos en el ambiente que podrían dañar las bobinas. Las corazas de TEFC utilizan un ventilador para soplar el aire en las aletas acanaladas del cuerpo del motor, por lo tanto este tipo de motor se enfría por la parte externa por el efecto del aire que sopla sobre la cubierta para disipar el calor. Power you can count on

MOTOR ENCLUSURE ENCLUSURE - Weat Weather her Protected Protected II (WP II) Este es un diseño de motor abierto que tiene aislamiento resistente y pantallas de humedad. Conveniente para el uso al aire libre en ambientes sucios o polvorientos. Tiene un compartimiento en en la parte inferior inferior que permite que las partículas sólidas sean retenidas antes de entrar en contacto con los componentes internos del motor. Power you can count on

ACOPLE MOTOR MOTOR – CAMARA DE EMPUJE Grid Style Coupling FALK (Modelo 88) •Utilizar en motores con rodamientos engrasados. •Standard en Skids de bajo HP. •Fácil mantenimiento. •Requiere inspección y aplicación de grasa cada 3 meses.

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ACOPLE MOTOR MOTOR – CAMARA DE EMPUJE Spacer Coupling METASTREAM •Standard para para G2 & G3 RedaHPS •Permite el cambio de coupling, rodamientos y sellos mecánicos sin la necesitadad de mover bombas, ni líneas de succión y descarga. •Permite un movimiento de 7”.

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SISTEMA DE CONTROL Arrancador suave (Soft star) Es muy utilizado en aplicaciones de bombeo horizontal en sistemas de flujo y presión constante. Existe en el mercado una gran variedad de estos sistemas los mismos que utilizan SCR (rectificadores controlados de silicio). Para permitir una alimentación de tensión e intensidad moderados hasta cierto punto durante el arranque. Power you can count on

SISTEMA DE CONTROL Arrancador Arrancad or suave – Caracteri Caracteristicas sticas -Multiples Modos de Arranque -10 Entradas digitales (2 para Start y Bypass) -7 Relays de salida (1 Salida para Bypass) By pass) -Entrada y Salida Analógicas -Modulo de Soporte para RTD’s -Registro de 99 eventos -Modbus 485 Power you can count on

SISTEMA DE CONTROL Variadores de Frecuencia Considerado como una de las mejores alternativas para control de sistemas de bombeo horizontal, ya que permiten trabajar dentro de amplios rangos de presión y flujo ajustándose a los requerimientos del sistema y a las necesidades del operador. Los cambios de frecuencia en el VSD inciden de acuerdo a las leyes de afinidad en la tasa de bombeo y en la presión de descarga del sistema. Power you can count on

SISTEMA DE CONTROL VSD - Contro Controlador lador Uniconn Uniconn UniConn Módulo Módulo Básico - Fixed Speed Controller  Tarjetas de Expansión : Communication Card – for VSD interface interface & to SCB and SCADA Tarjeta de Memoria, con conexión a PC. StarView software –registro de historia/eventos, configuración de parámetros, y configuración de datos almacenados. 

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SISTEMA DE CONTROL VSD - Contro Controlador lador Uniconn Uniconn - 4 analog analog input inputss - 2 analog analog outpu outputs ts - 6 digita digitall inputs inputs - 4 digital digital outpu outputs ts

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SISTEMA DE PROTECCION Switch de Vibración Envía la señal de parada al controlador una vez que ha sensado el seteo máximo de vibración. Switches de Presión Envía la señal de parada al controlador una vez que ha sensado el seteo mínimo o máximo de presión. Power you can count on

SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO Transmisor de Vibración Envía la señal 4-20mA en tiempo real al controlador, se tiene la tendencia de vibración. Transmisor de Presión Envía la señal 4-20mA en tiempo real al controlador, se tiene la tendencia de presión tanto en descarga descarga.. en succión así como en Power you can count on

SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO Controlador Murphy Centurion Monitoreo continuo de señales de entrada, seteos y comandos de salida para adecuada operación. Comunicaciones Local y Remoto, Mobus RTU via RS485/232 Soporte USB 1.1 para laptop con puerto serial. Historial de los últimos 20 paradas. Historial de 32 eventos. Lista de alarmas activas. 4 PID Loops Power you can count on

SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO Controlador Murphy Centurion Especificaciones Generales: Alimentación Alimentaci ón de de Entrada Entrada – 10-3 10-32VDC 2VDC Temperatura de Operación - 40 to 85oC 85oC PC-basado en software MConfigPro

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SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO Controlador Murphy Centurion Módulo Principal Entradas / Salidas: 12 Entradas Analógicas ( 5 Instrumentos-skid / 5 Motor RTD’s) 2 Salidas Analógicas (1 PID control to MVD) 16 Entradas Digitales (1 desde MVD / 1 desde Cooler) 10 Salidas Digitales (1 para MVD) 3 Puertos de Comunicación (Modbus Protocol) Protocol) Power you can count on

SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO • • • •

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Trasmisor de P. de Succión Succión Trasmisor de Vibración Trasmisor de P. de Descarga Controlador Centurion.

SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO

• 3 RTD’s Windings • 3 RTD’s Windings Back-up • 2 Bearing RTD RTD Junction Box

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SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO Secure, two-way  communications

Conexión al Sistema ALS

User security control

Monitoreo en tiempo real Data and instructions transmission

Surveillance and control instructions

Monitoreo 24 / 7 Alarmas

 Actions, data polling, and queries Multidiscipline collaboration

Alertas Análisis de Comportamiento

Alerts

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Analysis

SISTEMA DE PROTECCION Y MONITOREO Conexión al Sistema ALS Monitoreo en tiempo real Monitoreo 24 / 7 www.smart-alek.com

Alarmas Alertas Análisis de Comportamiento

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Consideraciones fundamentales para el arranque del sistema HPS

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Consideraciones fundamentales para el arranque del sistema HPS •Realizar pruebas en vacío del motor y arrancador. •Verificar que no se encuentren herramientas sueltas dentro del skid. •Verificar que las protecciones estén 100% operativas. •Verificar el buen funcionamiento de la bomba booster asegurarse de que este dentro del rango requerido. •Antes de arrancar verificar que todas las válvulas estén completamente abiertas y direccionadas •Verificar el giro de la unidad HPS. •Encender primero las bombas de alimentación para garantizar un “cebado” “cebado” completo de las bombas HPS. •Si se arranca con VSD arrancar lentamente y mantener a baja frecuencia hasta llenar la tubería de descarga. Power you can count on

Consideraciones fundamentales para el arranque del sistema HPS •Si se arranca con Softstart, se recomienda estrangular un 70% la válvula de la descarga, esto permite bajar la velocidad del fluido en la línea de succión y mantener un consumo de corriente moderado durante el arranque. •En sistemas de reinyección con pozos nuevos es recomendable realizar pruebas de inyectividad para establecer parámetros de operación óptimos •Analizar parámetros de operación potencia, caudal, presión, para verificar que se este trabajando dentro de los parámetros esperados de operación. •Setear los sensores de presión de acuerdo a las presiones de trabajo finalmente estabilizadas •Evitar a toda costa la operación a cero flujo, por cuanto bajo estas condiciones, el enfriamiento de las bombas es deficiente y causa fallas catastróficas en los equipos.

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Consideraciones fundamentales para el arranque del sistema HPS

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Consideraciones fundamentales para el mantenimiento del sistema HPS

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Consideraciones fundamentales para el mantenimiento del sistema HPS •Chequear el nivel del aceite en la cámara de empuje, debe estar visible en el visor y por debajo del centro. Se recomienda cambio cada 3 meses (2160 horas de operación continua). •Nunca utilice el aceite dieléctrico de motor para llenar o completar el aceite de la cámara de empuje. •Revise el estado de la grasa lubricante del acople del motor, se recomienda que se revise tres veces al año y se lo complete de ser necesario. Solo use el recomendado por el fabricante. •Revisar periódicamente el estado de los sensores de presión y vibración, para asegurarse una correcta protección del equipo. •Dar mantenimiento a los motores de superficie, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante.

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Fundamentos Básicos de Diseño de un sistema HPS

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. Partimos de la necesidad de desplazar una determinada cantidad de fluido de un lugar a otro a una taza de flujo y presión determinada. (REQUERIMIENTO DE DISEÑO) Establecida la necesidad operacional, procedemos a diseñar una bomba que económicamente resulte rentable y operacionalmente de alto rendimiento, para este efecto tomamos en cuenta los siguientes parámetros:

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. Presión y caudal requeridos Con estos dos valores seleccionamos el tipo de bomba que requerimos para ese caudal y el número de etapas requeridas para esa presión. ESTE CRITERIO TIENE QUE SER COMPLEMENTADO, POR CUANTO NO SE ESTA TOMANDO EN CUENTA LAS CONDICIONES DEL POZO INYECTOR INYECTOR (PRUEBAS DE ADMISION), NI LAS NECESIDADES DE B OMBEO A FUTURO.

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. Para determinar la presión requerida por la l a bomba realizamos el siguiente análisis: 1. Pruebas de inyectividad del pozo, realizar una curva (presión caudal). caudal). 2. Determinar el diámetro y espesor de tubería requeridos para transportar este volumen de agua desde la estación de tratamiento hasta el pozo inyector. i nyector. 3. Perdidas de presión en la línea, se calcula considerando: diámetro de tubería, longitud, tipo de fluido, temperatura. t emperatura.

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S.

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. Una vez calculadas las perdidas de presión de la tubería y haber analizado las curvas de inyectividad podemos seleccionar el número de etapas óptimo para la bomba de la siguiente manera: # etapas requerido

=

PT   Lev .etapa

De donde: Presión total (PT) =

Presión del pozo pozo en superficie + perdidas de presión en la línea, válvulas del cabezal y de la estación de tratamiento.

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. Calculado el número requerido de etapas, eliminamos las siguientes limitantes: •Limitantes físicas •Tamaño de la bomba •Resistencia mecánica del eje de la bomba •Resistencia del revestimiento Housing •Cantidad de empuje empuje descendente que generará generará la bomba al trabajar  •Potencia requerida para trabajar (potencia del motor). Power you can count on

FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. Una vez seleccionada la bomba, quedaría por realizar el diseño de la línea de baja presión en el lado de la succión de la bomba, considerado de mayor importancia que el sistema de descarga en vista de que el funcionamiento óptimo de la bomba depende en gran porcentaje de este sistema, para lo cual es conveniente considerar los siguientes criterios: •NPSH •DIAMETRO DE LA LINEA

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. NPSHR: Cabeza neta de succión positiva requerida Se refiere a la necesidad o requerimiento de presión mínima que requiere la unidad en el lado de la succión para poder alcanzar un rendimiento óptimo a un régimen de flujo determinado. NPSHA: Cabeza neta de succión positiva disponible Se refiere a la presión presión máxima que llegará a la succión de la bomba desde el tanque de almacenamiento, almacenamiento, está ligado directamente directamente al número de accesorios, accesorios, diámetro de de la tubería, distancia de la línea, altura del tanque de almacenamiento y principalmente del tipo de fluido. Power you can count on

FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. COMO REGLA GENERAL PARA TODA APLICACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EL NPSHA DEBE SER MAYOR EN UN 60% QUE EL NPSHR Esto garantiza la operación normal de la bomba previniendo problemas como: •Cavitación •Cortes momentáneos de la vena fluida •Incremento en la temperatura de operación de la bomba •Deterioro prematuro de los componentes internos de la bomba. •Vibración interna •Rotura de elementos cerámicos (sellos) Power you can count on

FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S. COMO REGLA GENERAL PARA TODA APLICACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EL NPSHA DEBE SER MAYOR EN UN 60% QUE EL NPSHR

SE RECOMIENDA INSTALAR BOMBAS DE ALIMENTACIÓN (BOOSTER) SUPERIORES EN UN 25% AL CAUDAL DE LAS BOMBAS A SER ALIMENTADAS

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S.

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FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA H.P.S.

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Ejemplos de Unidades HPS instaladas

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INYECCION DE AGUA

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INYECCION DE AGUA

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DIESEL ENGINE DRIVE

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TRANSFERENCIA DE CRUDO

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TRANSFERENCIA DE JET FUEL

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OFFSHORE GAS ENGINE DRIVE

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OFFSHORE TRANSFERENCIA DE CRUDO

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OFFSHORE TRANSFERENCIA DE CRUDO

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TRATAMIENTO DE GAS

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PLANTA DE CO2

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APLICACION DE NGL

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APLICACIONES EN MINAS

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APLICACION EXPLOSION PROOF PARA WELL SERVICES

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Preguntas?? GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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