Cap.1 Análisis Del Sistema de Producción

8/18/2019 Cap.1 Análisis Del Sistema de Producción

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Explotacion de gas y optimizacion de la produccion________________________________________#

whwf p p p −=∆ / ) Perdida de presión total en la tuber a de producciónSEP wh p p p −=∆ 0 ) Perdida de presión total en la l nea de flujo.

La perdida total de presión en un sistema es la presión inicial menos la presión finaldel fluido, sep R P P − . El análisis de las figuras mencionadas, indican "ue esta presión esla suma de las pérdidas de presión en cada componente "ue conforma el sistema.

La presión en cada componente varia con el caudal de producción, el caudal puedeser controlado por los componentes seleccionados, siendo por lo tanto muy importante laselección y el dimensionamiento de los componentes individuales en el estudio de un pozoespec fico.

El dise1o final de un sistema de producción no puede ser separado en dossubsistemas, dentro del comportamiento del reservorio. Esta debe ser analizada como unaunidad, puesto "ue la cantidad de gas fluyente desde el reservorio !asta superficie en un

pozo de gas depende de la ca da de presión en el sistema.

El caudal de producción de un pozo puede muc!as veces ser muy restringido por elcomportamiento de uno de los componentes del sistema. El comportamiento total delsistema puede ser aislado, y optimizado de manera más económica. E2periencias pasadasmostrarán "ue se gasto una gran cantidad de dinero en estimular la formación cuando la

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!igura 1.1 Sistema simple de producci n


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capacidad de producción del pozo era realmente restringido, por"ue la tuber a o l nea deflujo eran e2tremadamente pe"ue1as. 3tro ejemplo de error en el dise1o de terminación esinstalar tuber as e2tremadamente grandes. Esto ocurre frecuentemente en pozos "ue seespera un caudal de producción muy alta. 4ostrando "ue en esta práctica no solo se inviertedinero en e"uipamiento innecesario, mas esa tuber a e2tremadamente grande puede reducir

el caudal con el "ue fluirá realmente el pozo. Esto puede causar "ue el pozo se escurra y see2tinga, para lo cual vemos necesario la instalación de e"uipos de elevación artificial o decompresión

La 5nter.6relación entre caudal y presión es aprovec!ada por el 7nálisis 8odal pararesolver muc!os problemas "ue se presentan con la e2cesiva resistencia al flujo y lasvariaciones en el caudal durante la vida productiva del pozo, en la etapa de surgencianatural o en la del levantamiento artificial. En este trabajo, estudiaremos la etapa desurgencia natural.

1.".#An$lisis del Sistema de %roducci nLa optimización de la producción de pozos de gas para un Sistema de Producción

llamado también Análisis Nodal tiene como objetivo el mejorar las técnicas de terminación, producción y rendimiento para muc!os pozos. Este tipo de análisis fue propuesto por Gil ert en #9 *, discutido por Nind en #9-* y !rown en #9/0.

+e darán algunas definiciones sobre el Análisis del Sistema de Producción deautores reconocidos en la industria del petróleo y gas%

En #9/0, "ermit E# !row #, El +istema de 7nálisis 8odal esta dise1ado para

combinar varios componentes de pozos de petróleo y gas para predecir los caudales y paraoptimizar los tantos componentes de un sistema:

En #9/9, $oe %ach& Eduardo Proa'o& "ermit E# !rown ' , ;n +istema de 7nálisis 8odal fué presentado para evaluar efectivamente un sistema completo de producción. +onconsiderados todos los componentes, comenzando desde la presión de reservorio yfinalizando en el separador.:

En #90 , "ermit E# !rown& $ames (# )ea ( , 7nálisis 8odal fué definido como unsistema de optimización de pozos de petróleo y gas, y es utilizado como una !erramientae2celente para evaluar a fondo un sistema completo de producción y optimizar el caudal deflujo objetivo.:

# ro?n, @olume * Production 3ptimization of 3iland Aas Bells by 8odal +ystems 7nalysis, pag. 0/' 7 8odal 7pproac! for 7pplying +ystems 7nalysis to t!e &lo?ing and 7rtificial Lift 3il or Aas Bell, >y Coe4ac!, Eduardo Proa1o, =ermit E. >ro?n, +PE 0 '( 8odal +ystem 7nalysis of 3il and gas Bells, >y =ermit E. >ro?n, and Cames &. Lea, +PE #* #*

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En #90/, R#% (rear $r#& and $#P# *u and $#R# !lair *, 7nálisis 8odal es un análisisde sistema "ue puede ser utilizado para optimizar un sistema de producción para pozos de

petróleo y gas. $ada componente en un pozo de un sistema de producción es incluido yanalizado para aumentar el caudal para ver una mejor rentabilidad económica.:

En #99#, +# Dale !e,,s , ;n +istema de 7nálisis 8odal, es un método muyfle2ible "ue puede ser utilizado para mejorar el desempe1o de muc!os sistemas de pozos.Para aplicar un procedimiento de análisis de un sistema para un pozo, es necesario calcular la ca da de presión "ue ocurrirá en todos los componentes del sistema mencionados en lafigura #.#.:

Desde "ue el 7nálisis 8odal fué propuesto en #9 * !asta !oy en d a la esencia delcontenido se mantiene. Podemos observar los diferentes conceptos presentadosanteriormente por diferentes autores en diferentes épocas, El avance y desenvolmiento en latecnolog a de la computación permite !acer cálculos e2actos y rápidos de algoritmoscomplejos y proporciona resultados fácilmente entendidos, además "ue este tipo de análisis

se vuelve popular en todo tipo de pozos de petróleo y gas. El 7nálisis 8odal es el procedimiento de análisis "ue re"uiere un sistema.

Primero, la colocación de los nodos, "ue se pueden encontrar en diferentes partes del pozo.

+egundo, la generación del gráfico nodal, presión en el nodo versus el caudal comouna !erramienta para visual para determinar los parámetros dominantes del pozo. Estascurvas generadas independientemente para cada segmento son interceptadas en un punto"ue indica la capacidad productiva del sistema para un caso particular de componentes. ver

fi,ura- . F. El análisis de esta figura muestra "ue la curva de flujo de entrada inflo?Frepresenta las presiones uptreamF del nodo y la curva de flujo de salida outflo?F

representa las presiones do?streamF del nodo.

* 7pplication of 8odal 7nalysis in 7ppalac!ian Aas Bells, >y G.4 &rear Cr., +tone?all Aas $o., and C.P. Huand C.G. >lair, Best @irginia ;., +PE #/ -# Production 3ptimization, ;sing 8odal 7nalysis, >y I. Dale >eggs, #99#, pag. /

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&ig. #.' Determinación de la capacidad de flujoF

1.3-Nodo

;n nodo es cual"uier punto donde e2iste o no una ca da de presión. Los cuales se pueden dividir en nodo $omJn y nodo &uncional o fijo.

1.3.1 Nodo Fijo

Es el nodo donde no e2iste una variación de presión. Por ejemplo separador y reservorio

1.3.2 Nodo Común o funcional

Este es el nombre "ue recibe una sección determinada de un sistema donde se produceuna ca da de presión, producto de la interrelación entre componentes o nodos. ;n nodofuncional es cual"uier punto donde e2iste una ca da de presión. Las cuales están e2presadas

por ecuaciones f sicas o matemáticas para las relaciones entre presión y caudal. La figura#.( muestra los nodos funcionales y fijo "ue se utilizan con mas frecuencia.


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( ) nodo R P arri aa,uas scomponente P P =∆− . e4#0-#-2

Salida 05utflow2 del nodo

( ) nodo sep P a a6oa,uas scomponente P P =∆+ . e4#0-#.2

Estas relaciones deben cumplir los siguientes re"uisitos%

#F El caudal "ue ingresa al nodo debe ser igual al de salida.'F +olamente e2iste una presión en el nodo.(F

1.4 .- Elementos usados en el sistema del análisis Nodal

$onsiderando las variadas configuraciones de pozos de un sistema de producciónestos elementos también llamados componentes pueden ser muc!os debido a "ue e2isten

sistemas muy complejos de terminación. Los más comunes están representados en la figura#.(.

1.4.1.- Ubicación de los Nodos componentes 3bservando la figura #.( podemos determinar las posiciones de los nodos componentesmas comunes siendo estos modificados de acuerdo a necesidades y re"uerimientos delsistema de producción o pol ticas de producción adoptadas.

8odo Posición


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&ig. # ( $omponentes del sistema de producciónF

1.4.2 .-Componentes ue inte!"ienen en el análisis nodal

En función a la necesidad "ue se tiene de cada uno de los elementos "ue intervienencomo componente de un sistema de producción definiremos la funcionalidad de los masimportantes.

1.4.2.1.- #epa!ado!. En el proceso de separación de petróleo y gas en los campos, no e2isteun criterio Jnico para establecer las condiciones mas adecuadas de producción optima delos e"uipos, pero el estudio esta orientado a obtener ciertos objetivos puntuales "ue nos dencondiciones de má2ima eficiencia en el proceso de separaciónM obteniendo de esta manera%

• 7lta eficiencia en el proceso de separación de gas 6Petróleo• 4ayor incremento en los volJmenes de producción• 5ncremento en la recuperación de li"uido• Disminución de costos por compresión• Estabilización de gas condensado

1.4.2.2.- $%nea de Flujo &o!i'ontal Este componente es el "ue comunica la cabeza del pozo con el separador y donde el fluido presenta un comportamiento "ue obedece a lascondiciones adoptadas para el sistema de producción de los pozos.

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El tratamiento del componente para flujo !orizontal puede ser analizado usando las diversasecuaciones y correlaciones presentada por investigadores "ue !an estudiado la incidencia"ue puede tener este componente sobre el conjunto del sistema en su interrelación con losdemás nodos siendo esta dimensionada adecuadamente para tener un flujo optimo.

1.4.2.3.- $%nea de Flujo (e!tical. Este componente es el "ue comunica el fondo del pozocon la superficie, donde el fluido presenta un comportamiento "ue obedece a lascondiciones de presión y temperatura, "ue están de acuerdo a la profundidad. En estecomponente e2iste la mayor perdida de energ a del sistema "ue va desde el ' al N deacuerdo a su relación gasOcond. y corte de agua.

1.4.2.4.- c)o ue supe!ficial. Es el "ue controla la producción del pozo con el cual se puedeaumentar o disminuir el caudal de producción, siendo "ue en este componente se produceuna presión diferencial "ue puede ser calculada con una de las muc!as ecuaciones parac!o"ues o estranguladores.

1.4.2.*.- Cabe'a de po'o. Es un punto del sistema en el "ue se produce el cambio dedirección, de flujo vertical a flujo !orizontal y de donde se toma el dato de la presión desurgencia para conocer la energ a de producción del pozo, siendo también un punto critico"ue es tomado en cuenta para su análisis dentro del sistema.

1.4.2.+.- (ál"ula de se,u!idad Este componente es un elemento "ue se instala en latuber a vertical y "ue opera en cual"uier anormalidad del flujo "ue puede ocurrir en eltranscurso de la producción, siendo vital para la seguridad operativa del pozo.

1.4.2. .- C)o ue de fondo De acuerdo a la necesidad de elevar la presión o controlar laenerg a en el flujo de la l nea vertical, como as también tener una presión de aporte yelevación controlada, se procede a la bajada de este tipo de restricción, por lo "ue se va

producir una presión diferencial en la "ue también se tendrá una ca da de presión "ue a suves puede ser calculada.

1.4.2. .- /!esión flu0ente Esta es muy importante para el sistema ya "ue de ella dependetoda la capacidad de la instalación "ue se desea conectar al reservorio a través del pozo yas producir todo el campo.

Esta presión es medida en el fondo del pozo y tomada en el punto medio del nivel productor. +u determinación se la !ace en una forma indirecta utilizando !erramientamecánica o electrónica de toma de presión, o también se la puede calcular utilizandocorrelaciones.

1.4.2. .- /!esión p!omedio de !ese!"o!io. Esta presión es evaluada respecto a un nivel dereferencia, y es la presión a la cual se encuentra sometidos los cálculos de los fluidos delreservorio, siendo esta presión de gran interés para conocer el ndice de productividad del

pozo y as mismo nos permitir a conocer la capacidad de fluencia del reservorio !acia el pozo.

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1.4.3.- /!esión constante

El nodo # ubicado en el separador, representa la optimización de la presión deseparación, la cuál es usualmente regulada a un valor constante. La presión en la salida dela l nea de gas o presión de succión del compresor nodo 9 es usualmente constante. 7s

mismo, la presión de separación es mantenida constante a la presión necesaria para la ventade gas o para la presión de planta. para fluir a una simple fase de gas desde el separador a lasalida de la l nea de venta de gas o para fluir la fase l "uida del separador al tan"ue dealmacenamiento nodo # como muestra la figura #.(. por lo tanto la presión del separador

sep P será constante para cual"uier caudal de flujo. La presión del reservorio ( ) R P ,nombrada por el nodo 0 será también considerada constante. Entonces, en un sistemae2isten dos presiones "ue no están en función del caudal de

producción del reservorio. La presión de salida del sistema es normalmente la presión deseparación , si el pozo esta controlado a través del c!o"ue en superficie , la presión desalida puede ser la presión en cabeza ( )wh P ver figura #.(.

El balance de presión para el nodo en el c!o"ue se puede definir como%

.....Pr hor7 Ptu Pcho4ue8ert Ptu Pperf es P sep ∆−∆−∆−∆−= e4#0-#92

1.4.4.- nálisis del sistema en el fondo de po'o

+i colocamos el nodo solución en el fondo de pozo, esto nos permite aislar elreservorio de las tuber as tanto vertical como !orizontal, dando la posibilidad de estudiar varios efectos, podemos estudiar la sensibilidad al diámetro de tuber a manteniendo los

parámetros de reservorio constante y la sensibilidad de los parámetros de reservorio como

la permeabilidad, da1o, conductividad. $on el diámetro de tuber a fijo podemos tambiénanalizar el fenómeno de desplazamiento ver figura #. , -.

La ecuación de flujo de entrada y salida respectivamente son%

....Pr Pperf 8ert Ptu Pcho4uehor7 Ptu P eser8 sep ∆+∆+∆+∆+= e4#0-#:2

Entrada ) +alida

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&igura #. +ensibilidad al Da1o de formación

&igura #.- +ensibilidad a la Permeabilidad del reservorio

#0


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1.4.* ptimi'ación de la tube!%a de p!oducción

;no de los más importantes componentes en un sistema de producción es la sarta de producción. Debido a "ue $erca del N de la pérdida total de presión en un pozo de gas puede ocurrir por la movilización de los fluidos desde el fondo del pozo !asta la superficie.

;n problema comJn en los proyectos de complementación es el seleccionar un tama1o detuber a de producción basados en critérios totalmente irrelevantes, como por ejemplo eltama1o "ue se tiene disponible en almacén o el tama1o "ue fué instalado en el pasado. Laselección del tama1o del tuber a de producción debe ser !ec!a antes de "ue el pozo sea

perforado, por"ue el tama1o de la tuber a de producción indicará el tama1o de la ca1er a"ue se debe bajar en un pozo. Esto no es posible !acerlo en un pozo e2ploratorio por faltade datos del reservorio, pero después "ue el primer pozo !aya sido perforado, los datosestarán disponibles para planificar pozos en el mismo campo. La selección también puedeser ec!a utilizando las caracter sticas de un reservorio similar y estas pueden ser redefinidasa medida "ue se dispongan de mas datos.

7 medida "ue el área de flujo se incrementa, las velocidades de flujo disminuyengenerando una e2cesiva ca da, por lo tanto las condiciones de flujo son inestables eineficientes, formándose la acumulación de l "uido en el fondo del pozo, el "ue causará "ueeste se esta escurriendo de l "uido "ue podr a ocasionar el a!ogo o muerte del pozo. ;nasituación similar se presenta en pozos de baja productividad y diámetros de grande detuber a, fi,ura -#; . Por el contrario, en las tuber as de producción muy pe"ue1os el caudalde producción es restringido a causa de la perdida e2cesiva de fricción, fi,ura -#;

;n problema comJn "ue ocurre en la completación de pozos de alto potencial es elde instalar tuber as de producción con diámetros e2cesivo para mantener la seguridad. Estocon frecuencia es contraproducente, ya "ue disminuye la vida Jtil del pozo a medida "ue la

presión del reservorio decrece, los pozos comienzan a escurrirse por falta de velocidad delgas para arrastrar los l "uidos en fondo.

La respuesta de la capacidad de producción con la variación del área de flujo, esmuy importante para poder definir el diametro de tuberia "ue se deba bajar a un pozo, ya"ue para dos diametros distintos de tuberia obtendremos distintos caudales. Por ejemplo sitenemos un diámetro 'd mayor a #d , el caudal '4 aumenta un pe"ue1o porcentage conrespecto al caudal #4 M "uiere decir "ue estamos frente a un pozo restringido por elcomportamiento de flujo de sal da outflo?F. La severidad de la restricción dependerá del

porcentage del incremento del caudal con un cambio del tama1o de la sarta. 7s para un

#' d d

a caudal '4 es apro2imadamente igual al caudal #4 , la recuperación del fluido no

justificará el costo de la inversión con un cambio ver figura #./F.

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&ig. # / sensibilidad a los diámetros tuber a y l nea de producción

1.4.+- Efecto de eplecion del !ese!"o!io

7l aislar los componentes de las tuberias tanto vertical como !orizontal podemosobservar el efecto de deplecion del reservorio, con su disminucion de su capacidad

productiva, comforme transcurre el tiempo.


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&igura #.0 Depleción del reservorio

1.*.- nalisis del sistema nodo en cabe'a de po'o

$on la ubicacion del nodo de solución en la cabeza del pozo nodo ( F, la l nea deflujo !orizontal esta aislada facilitando el análisis de cambio de diámetro de la misma y dela ca da de presión en la linea o conducto.

8uevamente el sistema total es dividido en dos componente, constituyendo elseparador y la l nea de flujo !orizontal como un componente, y el reservorio mas la sarta detuber a vertical como un segundo componente. @er (i,ura -#-< muestra #el primer componente. La linea de flujo empieza con la presión de separación incrementandose, la

presion en la linea de acuerdo a la perdida de presion debido a los efectos de friccion yaceleracion, determinandose la presion final en cabeza de pozo para mover el caudalasumido. La &igura #.## muestra el segundo componente del sistema, la linea linea de flujoempieza con la presion de reservorio, la cual va disminuyendo de acuerdo a lasrestrinciones encontrada, primeramente se debe descontar la perdidad de presion obtenidaen las perforaciones en el caso "ue el pozo este completado, luego se descuenta la perdida

de presion por elevacion, friccion y aceleracion obtenida en la tuberia vertical encontrandola presion en cabeza para cada caudal asumido.

La presión del nodo para este caso esta dada por%

Entrada 01nflow2 al nodo3

tures Rwh P P P P ∆−∆−= e4#0-#=2

'#


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Salida 05utflow2 de nodo

lf sepwh P P P ∆+= e4#0-#>2

Procedimiento de cálculo%

• 7sumir varios valores de sc4 , y determine el correspondiente wf P de los métodosde inflo? performance.

• Determine la presión de cabeza del pozo, wh P correspondiente para cada sc4 ywf P determinada en el paso #.

•


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El incremento o reducción de presión del separador esta ligado al comportamientodel sistema de tuber a y en particular a la l nea de flujo. 7l disminuir la presión delseparador se logra un incremento en el caudal en el pozos y para los pozos de de alta

productividad se ve reflejado muc!o mejor. 4uc!as veces e2iste el criterio erróneo, de producir un pozo bajo condiciones de flujo subcritico, siendo mejor producir bajocondiciones critica as eliminar el efecto de contrapresion del separador al reservorio.Dejando bac!es de fluido en el fondo.

En pozos con baja productibilidad, el componente restrictivo puede ser el mismoreservorio y un cambio de presión del separador tendrá un efecto insignificante sobre elcaudal, por"ue adicionales ca das de presión ofrecen pe"ue1os incrementos en la

producción.

'(

&igura #.# Componentes de separador? l@nea de flu6o hori7ontal

!igura 1.11 'omponentes del reser(orio y tu)er*a(ertical


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&igura #.#' Efecto de presión en el separador para distintos c!o"ue

1. .- Selecci n del 'ompresor

La selección y el dimensionamiento de un compresor para aumentar la capacidad

productiva de un sistema de pozos re"uiere conocer la presión de succión y descargare"uerida, además del volumen de gas para la venta, la distancia donde se debe entregar elgas "ue es usualmente fijada. En a todos estos datos re"ueridos determinamos la descarga ysucción del compresor "ue esta en función al caudal de gas. El compresor debe estar ubicado cerca del separador y en casos donde la presión del separador varia con el caudal.

La presión del separador controla la presión de succión del compresor y estádirectamente relacionada con la potencia del compresor IPF estimada de la siguientemanera%

( ) ( )( )4n R +P n#'(= e4#0.# 2

Donde%

a soluta

a soluta

succióndeesiónadescdeesión

compresióndelacion RPr

argPr Ge ==

etapasdenumeron =

'*


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Para R B :#= use . etapas Para R B .< use 9 etapas

%%pcsd 4 =

El siguiente procedimiento es usado para determinar los parámetros de dise1onecesario y la potencia re"uerida para entregar una cantidad de gas a una presión fijada enla l nea de venta

• $omenzar con la R P , determine sep P para varios valores de sc4 usando el procedimiento para determinar el efecto de la presión del separador.

•


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'. La segunda parte se aboca a encontrar esta ca da de presión, P ∆ para luego !acer un gráfico 48s P ∆ elaborada sobre la base de los cálculos del desempe1o del c!o e.

• La ca da de presión para diferentes caudales, se obtiene arbitrariamente de la fi,ura-#-: ? se !ace un gráfico 48s P ∆ .

• Para diferentes diámetros de c!o e, calcular la presión de cabeza asumiendo varioscaudales.

•


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desempe1o del c!o e revelan un P ∆ creado para un conjunto de caudales considerandodiferentes tama1os de c!o es.

Los puntos de intersección de las P ∆ creadas y re"ueridas representan las soluciones posibles. Por ejemplo, el caudal obtenido a través de la configuración de un pozo sin

restricciones caerá en un cierto porcentaje con la instalación de un c!o e en cabeza de undiámetro particular.

&igura #.#* $omportamiento total del sistema incluyendo optimización de c!o"ue

'/


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e,erencias 2i)liogr$,icas

Gas Production 5perations 6 I. Dale >eggs

he echnolo,? of Artificial )ift %ethods 6 =ermit E. >ro?n , @olume *Production 3ptimization of 3il and Aas Bells by 8odal +ystems 7nalysis

Production 5ptimi7ation& Usin, Nodal Anal?sis 6 I. Dale >eggs

%anual de Análisis de Po7os Do?ell +c!lumberger

Su surface En,ineerin, 6 E22on $ompany , ;.+.7. ro?n, and Cames &.Lea, +PE #* #*

A Nodal Approach for Appl?in, S?stems Anal?sis to the (lowin, and Artificial )ift 5il or Gas ell , >y Coe 4ac!, Eduardo Proa1o, =ermit E. >ro?n ,+PE 0 '

Nodal S?stem Anal?sis of 5il and ,as ells , >y =ermit E. >ro?n, and Cames &.Lea , +PE #* #*

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