UNIVERSIDAD DE ORIENTE NCLEO DE MONAGAS ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEO

UNIDAD I FLUIDOS DE PERFORACIN

Prof.

JESUS OTAHOLAING. JESUS OTAHOLA

FLUIDOS DE PERFORACION

Definicin. Funcin. Principales Componentes de un fluido de Perforacin. Tipos de Fluidos de Perforacin. Propiedades bsicas. Contaminacin y principales agentes contaminantes. Formulacin de un fluido de perforacin

ING. JESUS OTAHOLA

RESEA HISTORICA HISTORIA Se inicia formalmente con la aparicin de la perforacin

rotatoria en 1850. Se utiliz agua como FDP.

En 1884 un Norteamericano recibi una patente para

perforar usando lodo, el cual consista de Arcilla, Fibra, Granos y Cemento. para limpieza del hoyo y construccin de revoques.

Despus de 1884, el uso de arcillas se hizo comn. Usado

La necesidad de perforar pozos en ambientes geolgicos

cada vez ms hostiles ha originado la diversificacin de los FDP que existen actualmente.ING. JESUS OTAHOLA

DEFINICION DEFINICION

Fluido o Lodo de Perforacin:Fluido circulante generalmente a base de agua o aceite cuyas propiedades han sido modificadas y controladas por slidos y lquidos disueltos o mantenidos en suspensin y que es utilizado principalmente para extraer los recortes de la mecha hacia superficie durante las actividades de perforacin de

pozos.

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACION

Conducir los cortes desde el fondo del hoyo a la superficie Controlar las Presiones de la Formacin. Dar soporte a las paredes del hoyo. Suspender los cortes cuando se interrumpe la circulacin. Proteger las Formaciones Productoras. Soportar parte del peso de la sarta de perforacin. Transmitir potencia hidrulica y limpiar la mecha. Transmitir informacin desde el pozo Enfriar la mecha y lubricar la sarta.

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONCONDUCIR CORTES DESDE EL FONDO DEL HOYO HASTA SUPERFICIE

Velocidad Fluido

Densidad y Tamao de las Partculas. Forma de la partcula. Densidad del fluido. Viscosidad del fluido. Velocidad del fluido en el espacio anular

Velocidad Efectiva Ascenso de los Cortes

Velocidad Asentamiento

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONCONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACION

Presin Hidrosttica

La Presin Hidrosttica es la fuerza ejercida por la columna de fluido a una profundidad dada. Depende de la Densidad del Fluido y La Profundidad Vertical Verdadera (TVD).

Presin de Sobrecarga

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONCONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACION

SUBSUB-NORMAL

NORMAL

ANORMAL

0.433 Gradiente de presin del agua dulce

0.466 Gradiente de presin del agua salada

Si D. lodo >> P. Formacin Si D. lodo < P. Formacin

Perdida de Circulacin Arremetida

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONPERFIL DE DENSIDADESFluido Profundidad Presin lppc Densidad lbs/gal Formacin Presin lppc Densidad lbs/gal Presin lppc Fractura Densidad lbs/gal

10002000 3000

5201100 1700

10.010.6 10.9

400890 1500

7.78.6 9.6

6501500 2125

12.514.4 13.6

40004500 5000 5500

23002650 3000 3600

11.111.3 11.5 12.6

21002400 2800 3000

10.110.3 10.8 10.5

27503400 3750 4500

13.214.5 14.4 15.7

6000

4000

12.8

3800

12.2

5000

16.0

Presin Hidrosttica (lbs/pulgs2) = 0.052 * Profundidad (pies) * Densidad Fluido (lbs/gal)

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONDAR SOPORTE A LAS PAREDES DEL HOYO

ESTABILIDAD MECANICA Presin Hidrosttica (densidad del lodo). Comportamiento de la formacin bajo esfuerzo (deformacin). Tipo de Formacin. Prcticas Operacionales. ESTABILIDAD QUIMICA Tipo y Composicin del fluido de perforacin. Filtrado del fluido de perforacin.

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONSUSPENDER LOS CORTES CUANDO SE INTERRUMPE LA CIRCULACIONCuando se interrumpe a circulacin? Viajes de tubera hasta superficie. Viajes para calibracin del hoyo. Corrida de Registros elctricos. Corrida de Revestidores. Problemas con las Bombas.

La suspensin de los ripios depender de la densidad de las partculas o cortes, densidad del lodo, Viscosidad del lodo y de su Resistencia de gel (TIXOTROPIA).

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONPROTEGER LAS FORMACIONES PRODUCTORAS

Formacin de un revoque sobre las paredes del hoyo que minimice la invasin de fluidos y slidos hacia estas formaciones. Las caractersticas de la fase liquida del lodo tambin pueden ser controladas para minimizar el dao a la potencialidad productiva de las formaciones.

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONSOPORTAR PARTE DEL PESO DE LA SARTA DE PERFORACIN

1

El Fluido de Perforacin soportar un peso igual al peso del volumen desplazado.FACTOR DE FLOTACION

0.9 0.8 0.7

Mientras ms denso es el fluido, mayor ser su efecto sobre la flotacin.

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2

Ejemplo : Densidad del Fluido: 13,0 lbs/gal

0.1

Peso Sarta en el aire: 90.000 lbs0

Se determina el peso de la sarta sumergida Como: 0.8 * 90.000 lbs = 72.000 lbs

8

9

10

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20

DENSIDAD DEL FLUIDO, LBS/GAL

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIONTRANSMITIR POTENCIA HIDRAULICA Y LIMPIAR LA MECHA

Factores que afectan los valores de las fuerzas hidrulicas que actan sobre la Tasa de Penetracin y Limpieza de la Mecha.

Densidad del Lodo. Propiedades Reolgicas del lodo. Tamaos de los Jets boquillas de la mecha. Rata de Flujo.

El diseo de fluido debe evitar que los cortes generados por la mecha se adhieran a la misma y sean reperforados.

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COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACION

Componentes Bsicos

Slidos

Lquidos

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COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACIONSlidos Inertes

Material Densificante

Arcillas No Reactivas

Arena

Limo

Aditivos

Slidos Reactivos

Arcillas

Lutitas

AditivosING. JESUS OTAHOLA

COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACIONClasificacin de SlidosSEGUN GRAVEDAD ESPECIFICA Alta Gravedad Especifica (HGS) Baja Gravedad Especifica (LGS) Promedio para los LGS SEGUN TAMAO DE PARTICULATamao Partcula (micrones) Mayor a 2000 2000 - 250 250 - 74 74 - 44 44 - 2 2-0 Clasificacin Gruesa Intermedia Media Fina Ultra Fina Coloidal Tamao Malla (U.S. Mesh) 10 60 200 325 ----ING. JESUS OTAHOLA

4.0 5.2 1.6 2.9 2.6

COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACION

Material Densificante

Barita

Hematita

Carbonato de Calcio

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COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACIONLquidosAgua

Fresca

Salmuera

Salobre

Agua Mar

Mezclas

Aceite Crudo Diesel Oil

Aceite Mineral

Sintticos

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COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACION

Aditivos Especiales Control de Arcillas (Inhibidores) Liberadores de Tubera Lubricantes Detergentes Anti - espumantes Materiales para Prdidas de Circulacin Bactericidas Aditivos para Base Aceite

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COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACIONFluido Base

NeumticosGas Seco Niebla Espuma Aire

AguaSpud Mud Naturales Qumicamente Tratados

AceiteCrudo Diesel Mineral Sinttico

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TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACINFLUIDOS EN BASE AGUAContienen agua como fase liquida continua. Usado para perforar la mayora de los pozos Someros en el mundo. Son relativamente simples y de costo razonable. Pueden ser densificados y no densificados.CLASIFICACION A. B. C. FLUIDOS DE ARRANQUE (SPUD MUD) FLUIDOS NATURALES FLUIDOS QUIMICAMENTE TRATADOS 1. Ligeramente Tratado 2. Altamente Tratado 3. De Bajos Slidos 4. Polimricos 5. Fluidos Salinos - Base Agua de Mar - Base Salmuera SaturadaING. JESUS OTAHOLA

TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACIN

FLUIDO DE ARRANQUE / SPUD MUD

Usados para comenzar la perforacin del pozo. Contiene arcilla comercial

para

incrementar viscosidad y construir revoque. Su utilizacin se realiza principalmente cuando la formacin a perforar esta mayormente compuesta por arenas no consolidadas y grava. Se puede convertir a otro sistema mediante la adicin de productos qumicos. (Agua-Gel).

FLUIDOS TRATADOS QUIMICAMENTE

Usualmente contienen todos algunos de los siguientes compuestos: arcillas, qumicos solubles (incluyendo sales), un aditivo para control de pH, uno mas polmeros orgnicos, surfactante y desfloculante. En esta categora entran los denominados Inhibitivos, Dispersos y No Dispersos. (Sistema Lignosulfonato/ Goma Xntica/PHPA )ING. JESUS OTAHOLA

TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACINFLUIDOS BASE ACEITE (OBM) Contienen aceite como fase liquida continua. Usado para perforar zonas altamente inestables y ambientes difciles con alta presin y alta temperatura.

BASE ACEITE 100% ACEITE La fase liquida consiste en 95-100% aceite y el agua emulsificada es menor al 5%. Usado normalmente para la perforacin de formaciones productoras y toma de ncleos. En Venezuela, desde hace aproximadamente 10 aos se ha venido utilizando parea la perforacin de estratos lutticos.

EMULSION INVERSA Se denomina de esta manera debido a que se emulsiona agua en aceite. Su uso principal es como estabilizador de lutitas en ambientes severos.

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINDensidad (peso del lodo): Es la medida del peso de un volumen dado de fluido. El instrumento usado para medir densidad es la Balanza de Lodo.

BALANZA API

BALANZA PRESURIZADA

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINVISCOSIDAD : La resistencia del lodo a fluir como lquido La viscosidad de Embudo es una medida de campo (cualitativa) de la viscosidad cinemtica. Rutinariamente medido con el Embudo Marsh y la Tasa de Lodo. Se mide el tiempo (en segundos) que tarda en llenarse la tasa de lodo hasta la marca de galn (946 ml). La viscosidad de embudo del agua fresca debe ser de 26 0.5 seg.

Embudo de Marsh: Embudo con capacidad de 1500 cc, con un orificio en el fondo que mide 2 pulg. de largo y 3/16 pulg. de dimetro.

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINREOLOGA: Estudia el comportamiento de flujo de los fluidos de perforacin cuando se aplica una determinada fuerza. En el estudio de los fluidos de perforacin, la reologa esta estrechamente relacionada a la Hidrulica Anular y de la Mecha de Perforacin para determinar la limpieza efectiva del hoyo y la Eficiencia de la Mecha.

VISCOSIDAD PLASTICA: Resistencia al flujo causado por la friccin mecnica entre las partculas suspendidas y por la viscosidad de la fase liquida continua.VP = 600 rpm - 300 rpm (Cps)

PUNTO CEDENTE: Resistencia al flujo causado por la atraccin de cargas positivas y negativas (electrostticas) dentro del fluido. Est influenciado por la concentracin, cargas elctricas y tratamiento qumico de los slidos.PC = 300 rpm VP. (lb./100 pies2)

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINTIXOTROPIA

Describe como es afectado por el tiempo el comportamiento del flujo de los fluidos. El tiempo no es incluido en ninguno de los Modelos Reolgicos, sin embargo afecta las propiedades de los fluidos de perforacin y debe ser considerado de alguna manera. Una manera sencilla de estimar la tixotropa de los lodos es midiendo los Esfuerzos de Geles.

RESISTENCIA GEL

Fuerza mnima o Tensin de Corte necesaria para producir un deslizamiento en un fluido despus que este ha estado en reposo por un perodo determinado de tiempo. Se miden fuerzas de gelatinizacin a 10 segundos y 10 minutos. Bajo condiciones de alta temperatura es recomendable la medicin del gel de 30 min. Se expresa en lb./100 pies2

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIN% SOLIDOS Una retorta es usada para determinar la cantidad de slidos y lquidos presentes en el fluido de perforacin.

Retorta de 10ml

CONTENIDO DE ARENA Cantidad de slidos demasiado grandes para pasar a travs de un tamiz de 200 mesh ( > 74 micrones). Se realiza con el kit para determinacin de arena, simplemente lavando (con agua aceite, dependiendo del tipo de lodo) una cantidad determinada de fluido a travs de una malla de 200 mesh, recolectndolo en un tubo de vidrio graduado desde 0% hasta 20%.ING. JESUS OTAHOLA

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIN

FILTRACION API

Filtracin y Construccin de Revoque son acciones que el fluido de perforacin efecta a travs y sobre las paredes del hoyo.

Revoque Formacin LODO Filtrado

El instrumento para medir la filtracin es el Filtro Prensa API. La cantidad de fluido (en milmetros) recolectado durante 30 minutos aplicando una diferencia de presin de 100 lb./pulgs2 se reporta como filtrado API. El aspecto del revoque sobre el papel filtro muestra la calidad del sellamiento sobre las paredes del hoyo.

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINCaractersticas del Revoque Reportado en 32avos de pulgada ( x/32pulg) Debe incluir una descripcin de la calidad del revoque : Espesor Dureza Lubricidad Plasticidad

Revoque Formacin LODO Filtrado

Dependen de: Distribucin de tamao de partculas, los tipos de slidos que forman el revoque, as como con los aditivos del fluido de perforacin.ING. JESUS OTAHOLA

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINFILTRACION AP-AT

El instrumento para medir la filtracin es el Filtro Prensa AP-AT. La cantidad de fluido (en milmetros) recolectado (multiplicado por dos) durante 30 minutos, aplicando una diferencia de presin de 500 lb./pulgs2, a alta temperatura (hasta 450 F 232 C), se reporta como filtrado AP-AT. 4140 kPa (600 psi) 149 C (300 F)o o

Vstago de la Vlvula

Vstago de la Vlvula 690 kPa (100 psi)

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINCAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO

PRUEBA DEL AZUL DE METILENO Determinacin de la concentracin equivalente de bentonita en un fluido de perforacin (lb./bbl) QUE INDICA UN VALOR MUY ALTO? Adiciones impropias de bentonita Altas concentraciones equivalentes de bentonita provenientes de las Arcillas de perforacin Arcillas/lutitas muy reactivas

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINMedicin del pH

9.05pHydrion Papers10 to 12

Temperature Calibrat ion

10.0 10.5 11.0 11.5 12.0

Papel pH

Medidor de pH

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINAlcalinidad Pm Son los ccs de cido sulfrico N/50 necesario para

bajar el pH del fluido hasta 8.3 (a travs de una titulacin con fenolftaleina como indicador) Se utiliza para la determinacin de contaminantes y

para calcular la cantidad de cal en exceso en los lodo calados Se reporta en ccs o mls de cido Sulfrico consumido

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIN

DUREZA Calcio Magnesio

CONTENIDO DE SAL Cloruros

TITULACIONES ESPECIALES

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINMedicin de Dureza Total Mide calcio y magnesio en solucin mediante una

titulacin que usa indicador de dureza como indicador y versenato como titulante. muestra (filtrado), se multiplica por 400 Magnesio)

Por cada ml de versenato utilizado por ml de Se reporta como ppm de dureza total (Calcio y

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACINMedicin de Salinidad

Mide el contenido de cloruros mediante una titulacin que usa cromato de potasio como indicador y nitrato de plata como titulante Por cada ml de Nitrato de Plata utilizado por ml de muestra (filtrado), se multiplica por 1000 10000 dependiendo de la concentracin de Nitrato de Plata usado Se reporta como mg/l clorurosING. JESUS OTAHOLA

CONTAMINACION Y AGENTES CONTAMINANTESCONTAMINACION POR CEMENTO Producto de las Cementaciones de los revestidores. Es controlable y puede prevenirse con antelacin. INDICADORES . . . . . Incremento del Ph Aumento tanto de Punto Cedente como del Gel Incremento de filtrado y presencia de Calcio en el Revoque grueso y esponjoso Alta viscosidad de embudo

Tratamiento: Aadir compuestos qumicos que reaccionen con el Ion Calcio y puedan removerlo como un precipitado insoluble. Pre-tratamiento: con 0.5 a 0.75 lbs/bl de Bicarbonato de Sodio.ING. JESUS OTAHOLA

CONTAMINACION Y AGENTES CONTAMINANTESLODO CORTADO POR GAS Se produce cuando se perfora una zona de gas muy porosa a altas tasas de penetracin. El gas al expandirse produce cambios en la Densidad del lodo. INDICADORES Aumento del volumen del lodo en los tanques Presencia de burbujas en los tanques. Olor a gas en lineas de flujo Disminucin de la densidad del fluido TRATAMIENTO: Detener la perforacin y circular el pozo (columna estabilizada) Aplicar tratamiento qumico para mantener reologa Reanudar lentamente circulacin y continuar perforandoING. JESUS OTAHOLA

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CLCULOS PARA FORMULAR UN FLUIDO DE PERFORACIN

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FORMULACION DEL LODO DE PERFORACIONFORMULAR 400 bbl DE FLUIDO DE DENSIDAD 12.5 lpg CON 21 lpb DE BENTONITAMATERIAL BARITA BENTONITA AGUA G.E 4.2 2.6 1 DENSIDAD (Lb/gal) = G.E x Dagua (lpg) 4.2*8.33= 35 2.6*8.33= 21.66 1*8.33= 8.33 -. APLICANDO BALANCE DE MASAS (V1 x D1) + (V2 x D2) + (V3 x D3) = (VT x DT) DENSIDAD (Lb/bbl) = D(lpg) x 42 gal/bbl 1470 909.72 349.86

(V.agua)(D.agua) +( V.bent)(D.bent) + (V.bart)( D.bart) = (VT x DT) Incgnitas: Vagua ; Vbart ; Vbent. Vagua + Vbent + Vbart = VT (Ec-2)

(V: bbl , D: lb/gal )

(Ec-1)

-.Calculo de Vbent, Vagua y VbartLibras de Bentonita a usar = VT (bbl) x (lbs/bbl de bentonita)= 400 bbls x 21 lb/bbls = 8400 lbs. Vbent (bbl) = Lbs de bentonita/ D bentonita (lbs/bbl)= 8400 (lbs) / 909.72 (lbs/bbls)= 9.23 bblING. JESUS OTAHOLA

FORMULACION DEL LODO DE PERFORACION-. Sustituyendo Vbent y VT En la (Ec-2): Vagua + 9.23 bbl + Vbart = 400 bbl por lo tanto: Vbart = 400 9.23 Vagua Vbart = 390.77 Vagua (Ec-3)

-. Sustituyendo Vbart, D.bart, Vbent, D.bent, D.agua y DT en el balance general (Ec-1) se determina el Vagua a usar: Vagua( 8.33 lpg) + (9.23 bbl)(21.66 lpg) + (390-Vagua)(35 lpg)= (400 bbl)(12.5 lpg) Vagua = 332.84 bbl Vbart= 390.77- Vagua = 390.77 - 332.84 = 57.93 bbl Lbs de barita = Vbart(bbl) x Dbart (lb/bbl) = (57.93 bbl) (1470 lb/bbl) = 85157 lbs -. 1 saco de barita contiene 100 lbs ; 85157 lb / 100 (lbs/saco) = 852 sacos BaritaING. JESUS OTAHOLA

FORMULACION DEL LODO DE PERFORACION

CHEQUEANDO EL PESO Y VOLUMEN PARA CADA MATERIAL SE COMPRUEBA QUE LA DENSIDAD FINAL DEL FLUIDO SEA LA REQUERIDA

MATERIAL AGUA BENTONITA BARITA TOTAL

BARRILES TOTALES 332.84 9.23 57.93 400

LIBRAS TOTALES 116447 8399 85157 210003

DENSIDAD FINAL = m/v =(210003 lb) / (400 bbl) = 525 lb/bbl 525 lb/bbl x (1 bbl / 42 gal) = 12.5 lb/gal = 12.5 lpg

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