水平井分段改造技术介绍

刘方河

目录

一、压裂基础知识

二、国内应用的水平井多级改造技术

三、国外公司水平井分段压裂新技术及其应用介绍

四、安东石油水平井分段压裂技术

?水力压裂和酸化?防砂技术

增产技术

?压裂的目的

近井地带受伤害,渗透率严重下降

地层压力低,油气层剩余能量不足低产

低渗透率地层

地层原油粘度高

基本概念

利用地面高压泵组,以超过地层吸收能力的排量将高粘液体(压裂液)泵入井内,而在井底憋起高压,当该压力克服井筒附近地应力达到岩石抗张强度后,就在井底产生裂缝。继续将带有支撑剂的携砂液注入压裂液,裂缝继续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后,由于支撑剂对裂缝的支撑作用,可在地层中形成足够长、有一定导流能力的填砂裂缝。

近井解堵、储层改造、地层防砂、区块开发、岩屑回注

水力压裂造缝机理

水力压裂造缝机理

水力压裂造缝机理

目录

一、压裂基础知识

二、国内应用的水平井多级改造技术

三、国外公司水平井分段压裂新技术及其应用介绍

四、安东石油水平井分段压裂技术

水平井多级分段改造技术近年来发展很快,目前国内外在大规模实施该项技术,根据地层油藏储层的不同其改造手段与方法也不同,目前应用广泛的有两大类:

一、裸眼水平井改造技术

目前应用最多最广泛的成熟的技术手段,最突出的优点是无需固井,最大限度保护油气层,压裂酸化作业一次完成,分级数量最多可达40级,改造成本较低,井控风险小。存在的问题:只能够进行一次压裂酸化作业,破裂点不能够精确定位,不能够重复进行,在井内遗留不同孔径的球座,钻除需要连续油管或作业机进行作业,在深井及高压井中存在风险,最适用于整装的高压低产致密无底水及边水存在的气田。

悬挂封隔器

套管鞋

投球滑套投球滑套投球滑套压差滑套

水力锚

油管

裸眼封隔器套管坐封球座+浮鞋

反循环阀

●国内最先引进贝克休斯技术,实现了裸眼水平井完井、分段改造,

在国内各油田大规模应用;

●水平段:采用悬挂封隔器+裸眼封隔器+投球滑套系统实现裸眼水

平段多段隔离、压裂改造;

●工具一次入井实现水平段连续压裂作业、不固井、射孔;

水平井裸眼分段压裂技术

裸眼水平段分段压裂、酸化改造后余留在完井管串内的球坐

?球的材质与密度:Frac-Sur 1.35 SG、Frac-Sur HT 1.80 SG、Frac-Sur EX 1.80 SG ?球坐的材质:特殊改性铸铁、铝合金、高分子材料

多孔球坐与密封球

在原油生产井中存在遗留球坐对原油生产有影响,原油底水边水侵入后无法进行处理,不能够重复开关作业。对地层疏松的煤层气及需要多次改造的页岩气井不能够完全适应,目前中石化西北分公司已经遇到并在研究解决此类问题。目前斯伦贝谢及贝克休斯公司已经开发出可以在100小时内自动溶蚀分解的压裂球技术,但是对球坐还没有好办法解决

二、套管注水泥浆固井后多级分段改造方法

1、注水泥浆固井后使用射孔与可钻桥塞分段压裂改造技术,目前最广泛应用与页岩气

开发上,应用比例高于裸眼分段压裂改造,后期可以重新下入桥塞,精确选择再次压裂的位置进行重新压裂。

存在问题:需要固井、射孔,长井段水平井射孔费用较高,压裂过程需要逐级进行,时间长成本高。后期出水后封堵比较麻烦,对固井质量有很高的要求。

2、注水泥浆固井后利用固井管串上滑套进行压裂:

使用特殊的滑套,在固井后进行压裂施工,能够精确设定压裂位置,不使用裸眼封隔器利用水泥浆封固段进行封隔。

不同的滑套采取不同的压裂工艺,各自有适用的井况与条件。

套管固井分段压裂技术

技术特点

水泥环封隔效果好,改造针对性强;

球坐大通径,最小内径3in,可以轻松钻除不影响施工排量

和生产;

可以实现全通径,通过专用工具,控制每个压裂阀开关;

管柱结构:

浮鞋+浮箍+ 5 ?”爆破阀+ 5 ?” TAP Lite阀(多组)

或开关阀+5 ?”套管至井口(或者尾管);

水平井多级改造技术分析对比

分类工艺分类工艺特

点适应油藏可分段

井深要求可否重

复压裂

施工

时间

成本分析

裸眼分段压裂球座可钻

不可开关

球坐数

量多体

积较大

气藏、整

装无底水

边水油藏

40适应深井

超深井

不可短低

球座可钻

可开关

球坐钻

除后可

以开关

气藏、整

装无底水

边水油藏

40钻除深度

限制

不可短低

注水泥浆固井后分段压裂桥塞射孔

分段

压裂位

置精确

大排量

页岩气煤

层气复杂

油气藏

无限钻塞深度

及射孔深

度限制

可以长高

固井/投

球分段

压裂位

置精确

大排量

页岩气煤

层气复杂

油气藏

16适应深井

超深井

可以短低

固井/内

管操作/

飞镖

压裂位

置精确

全通径

页岩气煤

层气复杂

油气藏

无限连续油管

深度限制

可以长高

水平井钻井技术经验概述

第一章定向井(水平井)钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1.定向井丛式井发展简史 定向井钻井被(英)T.A.英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为,定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组,该丛式井组长384米,宽115米,该丛式井平台共有钻定向井42口。 2.定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型: 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井(多底井) 国外定向井发展简况

(表一)

10.井眼尺寸不受限制 11.可以测井及取芯 12.从一口直井可以钻多口水平分枝井 13.可实现有选择的完井方案 (4).短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1.井眼曲线段最短1.非常规的井下工具 2.侧钻容易2.非常规的完井方法 3.能够准确击中油层目标3.穿透油层段短(120—180米)4.从一口直井可以钻多口水平分枝井4.井眼尺寸受到限制

5.直井段与油层距离最小5.起下钻次数多 6.可用于浅油层6.要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7.全井斜深最小7.井眼方位控制受到限制 8.不受地表条件的影响8.目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1)井深:指井口(转盘面)至测点的井 眼实际长度,人们常称为斜深。国外 称为测量深度(MeasureDepth)。 2)测深:测点的井深,是以测量装置 率是井斜角度(α)对井深(L?)的一阶导数。 dα Kα=─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8)井深方位变化率:实际应用中简称方位变化率,?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度,常用KΦ表示。计算公式如下: dΦ KΦ=─── dL

水平井钻井技术及其在石油开发中的应用

水平井钻井技术及其在石油开发中的应用 经济的快速发展使人们对石油的需求急剧增加以及对环境保护意识的日益增强,如何高效,清洁,经济地开采地下能源已经成为目前继续解决的问题。在此情况下,水平井钻井技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油,天然气开发中得到广泛应用的一项综合技术。水平井钻井技术的发展对油井产量提高已经油田采收率提高都起到了只管重要的作用,水平井钻井技术的出现是石油钻井技术方面重大的突破。 水平井技术作为油气田开发的一项成熟,适用技术,在油气田开发中日益得到推广应用,近几年来,随着水平井工艺技术的突破性进展,综合钻井成本逐年下降,经济效益的显著提高,水平井在许多不同油气藏开发中逐步得到广泛应用。本文介绍了水平井的优点及应用范围,论述了水平井的施工技术,并结合钻井工程实例,详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用,最后点出了水平井钻井技术的应用效果和存在的问题。并得出了相应的结论。 关键词:水平井,钻进工艺,攻关目标水平井钻井技术存在的问题,井眼轨迹控制,随钻测量。

第1章绪论 现在,随着经济的发展,人们对石油的需求越来越大,水平井钻井技术成为最重要的钻井技术之一。在此情况下,水平井钻进技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量,降低采油成本。并且随着MWD (随钻测量仪)、PDC (聚晶金刚石复合片钻头)和高效导向螺杆钻具的应用,水平井技术已日趋完善。 总的来说。21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化,智能化,轻便化和经济化的方向发展。 传统的公关领域,主要是为钻井施工提供实用心情的工艺技术和装备,目的是提高钻井速度,降低钻井成本。水平井是未来钻井队的主要作业方式,对水品经的研究和发展将成为我们今后的最重要的课题之一,一定要重视和完善。

水平井完井主要有三种方式

水平井完井主要有三种方式:裸眼完井、固井射孔完井和割缝衬管完井。在3种完井方式中,割缝衬管水平井堵水难度最大,因为割缝衬管与岩石壁面之间无隔挡,底水或边水进入井筒有径向流和横向流2种方式,机械封隔方法仅能实现割缝衬管内部空间的封隔,不能实现割缝衬管与岩石壁面之间环形空间的封隔。 国外主要针对割缝衬管水平井进行。早期主要采用化学剂笼统注入法[6-8]。90年代中期环空封隔技术(ACP)的提出为割缝衬管水平井堵水技术提供了新的 思路。 环空封隔(ACP)定位注入技术是借助连续油管(CT)和跨式封隔器(IBP),在割缝套管与井壁之间的环空放置可形成化学封隔层的可固化液,形成不渗透的高强度段塞,达到隔离环空区域的目的。然后配合管内封隔器,实现堵剂的定向注入(图2)。如果出水部位在水平井段上部或下部,需要1个ACP,如果出水部位在水平井段中部,则需要设置2个ACP。当过量水(气)的产出不是由于断层或裂缝引起时,可考虑采用ACP直接封隔水(气)部位。 4 水平井堵水研究的难点、重点 l)难点水平井堵水具有共性的瓶颈技术难点有3个:一是出水层位判定技术,二是堵水工艺技术,三是堵水剂技术。出水层位判定技术与水平井测井技术密切相关;堵水工艺技术与井下工具、管柱技术、完井方式、堵水剂特性有关;堵水剂技术与化工技术工艺、材料科学有关,是研究比较活跃的技术难点。 2)重点水平井堵水最大的重点是堵水剂,特别是有较强的油、水选择性,合成生产方便,化学性能稳定,适应性强,施工工艺简单的选择性堵水剂的研究

开发。其次,适合油藏、油井特点的选择性堵水工艺研究也是水平井堵水的重点。两个选择性——堵剂的选择性和工艺的选择性研究的突破是水平井堵水技术能工业化应用的关键。

定向井(水平井)钻井技术概述

第一章定向井(水平井)钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1.定向井丛式井发展简史 定向井钻井被(英)T.A.英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为,定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。 早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达10,654米; 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm油田钻成的M11井,水平位移高达1,0114米。 垂深水平位移比最高的是Statoil公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14; 丛式井口数最多,海上平台:96口;人工岛:170口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段,50—60年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井,其中磨三井总井深1685米,垂直井深表遗憾350米,水平位移444.2米,最大井斜92°,水平段长160米;70年代扩大实验,推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关,使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井,井深达到7000米,垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井,水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井,水平位移达到2666米,最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组,该丛式井组长384米,宽115米,该丛式井平台共有钻定向井42口。 2.定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型: 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井

水平井完井方式及其选择

水平井完井方式及其选择 水平井完井方式可采用裸眼完井、割缝衬管、割缝衬管加管外封隔器、下套管注水泥 一、完井方式 1、裸眼完井 裸眼完井费用不高,但局限于致密岩石地层,此外,裸眼井难以进行增产措施,以及沿井段难以控制注入量与产量,早期水平井完井用裸眼完成,但现在已趋步放弃此方法。当今只有在具有天然裂缝的碳酸盐岩油气藏与油气井的泄油半径很小时才使用裸眼完井的方法。 2、割缝衬管完井 该方法就是在水平段下入割缝衬管,主要目的就是防止井眼坍塌。此外,衬管提供一个通道,在水平井中下入各种工具诸如连续油管。有三种类型的衬管可采用: 1)穿孔衬管。衬管已预先预制好。 2)割缝衬管。衬管已预先铣好各种宽度、深度、长度的缝。 3)砾石预充填衬管。割缝衬管要选择孔或缝的尺寸,可以起到有限的防砂作用。在不胶结地层,则采用绕丝割缝筛能有效地防砂,另外在水平井采用砾石充填,也能有效防砂。 割缝衬管完井的主要缺点就是难以进行有效的增产措施,因为衬管与井眼之环形空间就是裸眼,彼此连通,同样,也不能进行进行分采。 3、割缝衬管加管外封隔器 该方法就是将割缝衬管与管外封隔器一起下入水平段,将水平段分隔成若干段,可达到沿井段进行增产措施与生产控制的目的。由于水平井并非绝对水平,一口井一般都有多个弯曲处,这样,有时难以下入衬管带几个封隔器

4、下套管注水泥射孔 该方法只能在中、长曲率半径井中实施。在水平井中采用水泥固井时,自由水成分较直井降低得更多,这就是因为水平井中由于密度关系,自由水在油井顶部即分离,密度较高的水泥就沉在底部,其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生,应做一些相应的试验。 注:1、超短曲率水平井:半径1~2ft,造斜角(45°~60°)/ft; 2、短曲率水平井:半径20~40ft,造斜角(2°~5°)/ft; 3、中曲率水平井:半径300~800ft,造斜角(6°~20°)/(100ft); 4、长曲率水平井:半径1000~3000ft,造斜角(2°~6°)/(100ft)。 二、完井方式选择 在选择完井方式时,必须重点考虑以下几个方面的问题: 1、岩石地层 若考虑裸眼完井,重要的就是保证岩石就是致密的,同时钻井过程就是稳定的。经验报告与文献指出,若水平井方向就是沿着水平最小应力钻井,则井筒显示极好的稳定性。 2、钻井方法 短曲率半径仅用裸眼或可能用割缝衬管完井。对于中、长曲率半径水平井,既可用裸眼,又可用裸眼下割缝衬管或水泥固井射孔完井。 3、钻井液 由于水平井钻井的特殊性,钻井液所造成的地层伤害较直井更大,特别就是低渗透层与负压地层。为了减少这种伤害,除了应考虑泥浆的密度与性能外,还应考虑水泥固井射孔完井这种情况,以便通过压裂酸化解除这种伤害。 4、增产措施 若考虑酸化压裂,对水泥固井射孔完井来说,易于控制,可利用桥塞分段酸化;对裸眼井或割缝衬管完井则比较困难,因为沿井段滤失量太大,必要时应利用连续油管减少均匀布酸的困难,利用化学转换剂实现分段酸化(化学转换剂过一段时间后可自行解堵)。 5、生产机理 对凝析气层或气水同产层,完井时应尽量避免水平段的轨迹上下浮动,以免凝析液或水积累在井筒的低部位,难以排出或将天然气气锁在弓形高部位。 6、井下作业及修井 应根据油气层的具体情况,分析今后的气液分布动态,预见今后的井下作业及修井,以确定采用哪种完井方式。 7、水平井报废的技术经济要求 作为完井设计人,必须预先知道水平井报废的具体技术要求与有关特殊规定,以便作出评估。 8、投资风险 使用水泥固井不仅增加了完井费用,延长了作业时间,还必须射孔完井。尽管完井费用的增加似乎还很难判断就是否合算,但如果考虑在过早的水淹与井壁产生坍塌的井中侧钻新的井眼这一问题,则注水泥固井这一做法还就是意义深远的。 与直井相比,水平井必须有一个更加完善的完井计划。完井计划的制订主要受三个因素的制约。 1、对地层的认识 1)均质地层 这类地层常见于重油砂岩。在正常情况下,它们不需要分段隔离,其完井设计相对简单而容易,水平段大多采取全井裸眼完成,依靠连续油管作业或射孔技术来解除井筒附近的伤

页岩气水平井钻井技术

页岩气水平井钻井技术 摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。针对这些问题,本文对国内页岩气井进行了技术跟踪,归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。 关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻 美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用,正在改变着世界能源格局,而同为世界能源进口大国的中国,同样拥有丰富的页岩气资源。政策以及相关支持政策的陆续出台,不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心,而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附或游离状态为主要存在方式,在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。与常规天然气藏相比,页岩气储层孔隙度主体小于10%,储层孔隙为0~500nm,孔喉直径介于5~200nm,渗透率极低,一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。当前,公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件:①页岩气储集层厚度大于100ft(30m);②富有机质页岩有机质丰富,TOC > 3 %;③成熟度Ro在1.1-1.4之间;④气含量>100ft3/t;⑤产水量较少,低氢含量;⑥黏土含量小于40 %,混合层组分含量低;⑦脆性较高,低泊松比、高杨氏弹性模量;⑧围岩条件有利于水力压裂控制。页岩气藏作为典型的连续型油气聚集,往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。页岩作为粘土岩常见岩石类型之一,是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的,其成分复杂,除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外,还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物,页岩层理构造发育,多呈页状或薄片状(图1左),并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙(图1右),脆性高、易碎,外力击打作用下易裂成碎片,且吸水膨胀性强,长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。例如,四川威远-长宁构造完成的3口页岩气水平井,水平井段钻进过程多次遭遇井壁垮塌、掉块等复杂,引发卡钻、报废进尺等事故,并导致3口水平井储层段40%进尺作业占总作业时间70%以上。同时,页岩气水平井井壁失稳问题频发,不但严重影响到钻井周期、钻井成本等问题,还直接导致井身质量差、固井难度大、储层污染严重等问题,这些问题都给后续开发带来极为不利的影响。据不完全统计,截止2012年初,四川威远、长宁及云南昭通页岩气产业化示范区完钻的4口水平井,平均井深3357米,平均钻井时间118天,而北美地区井深4000~5000米,水平段1500~2000米的页岩气井钻井周期通常在15~20天,水平段钻井时间仅为5~8天。由此可见,我国相对落后的页岩气水平井钻井技术,已经成为制约我国页岩气工业快速发展的重要瓶颈。

水平井分段多簇压裂工艺的应用

水平井分段多簇压裂工艺的应用 【摘要】鸭平4井位于玉门油田鸭西白垩系是典型的低渗透储层,井深3456m,水平段210m,实施了2段6簇的压裂,同步实施了裂缝监测,取得了理想的效果;压裂共入井液量1961.4 m3,总沙量159 m3,最高砂比26.2%,平均砂比14.5%;该井是玉门油田实施多段多簇压裂工艺的第一口井,是开发低渗透油藏水平井的新突破,探索了一条中深水平井压裂改造的新途径。 【关键词】玉门油田压裂低渗透油藏 1 鸭平4井油藏储层特征 鸭平4井水平段方位角基本在NW280-290°之间,二者基本呈90°夹角,因此有利于沿井筒形成横切裂缝。图1?鸭平4井裂缝方位及体积改造裂缝形 态 对比邻井,该井具有储层厚度较大,缝高易扩展,储层物性较好,液体效率低的特点。该井水平段较短,为提高储层动用程度及施工效率,采用水平井分段多簇压裂工艺,实现体积改造(SRV)。在水平井筒周围储层,形成一定密度的裂逢网络;从而提高增产改造体积。 2 实施分段多簇压裂设计方案 根据该井施工排量的要求,本井分两段进行压裂,每段3簇,每簇射孔段1m,孔密16孔/米,每段共计射48孔,具体射孔参数见表1。 2.1 第一段采用油管传输射孔 采用102枪127弹,孔径10.2mm,穿深680mm,相位角60°。该射孔条件下,8 m3/ min的施工排量,总孔眼摩阻小于1MPa;若压裂施工时仅1簇进液,则计算显示其孔眼摩阻将大于8MPa,则第二层被压开,这时有两簇进液,理论计算出的孔眼摩阻超过2Mpa。 2.2 第二段采用电缆射孔 采用86枪,22.7g深穿透射孔弹,孔径8.12m,穿深为729mm,相位角60°。该射孔方式在8m3/min的施工排量下,总孔眼摩阻小于3MPa;仅1簇进液时孔眼摩阻将高达20MPa,则第二簇被压开,两簇进液时的孔眼摩阻超过5MPa,同样,这种情况能够保证第三簇也能够被压开。 采用分簇射孔工艺,根据摩阻预测,每段射孔孔眼数为48孔,3簇施工时8m3/min的排量较为适宜,既能保证总孔眼摩阻很低,又能起到限流作用(限流摩阻>12MPa)从而保证压开每个射孔簇。

胜利油田水平井完井技术现状及研究展望_赵金洲

第31卷第6期2009年12月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Vol. 31 No. 6 Dec. 2009 文章编号:1000 – 7393( 2009 ) 06 – 0004 – 05 胜利油田水平井完井技术现状及研究展望 赵金洲1 赵金海2 杨海波2 魏新芳2 (1.胜利石油管理局,山东东营 257000;2.胜利油田钻井工艺研究院,山东东营 257017) 摘要:随着水平井在油田开发中应用越来越多,水平井完井技术也成为国内外研究的热点。胜利油田根据自身特点,先后开展了滤饼酸洗工艺、筛管分段技术、水平井砾石充填防砂技术、水平井提高固井质量和安全下入的工具技术、分支水平井完井技术、实体膨胀管和膨胀防砂筛管完井技术等方面的研究,形成了较为完善的水平井完井技术体系,为油田的持续生产奠定了坚实基础。 关键词:胜利油田;水平井完井;滤饼酸洗技术;分支水平井完井;膨胀管完井 中图分类号:TE243 文献标识码:A Research status and prospect of horizontal well completion technology in Shengli Oilfield ZHAO Jinzhou1, ZHAO Jinhai2, YANG Haibo2, WEI Xinfang2 (1. Shengli Petroleum Administration Bureau, Dongying 257000, China; 2. Drilling Technology Research Institute, SINOPEC Shengli Oil?eld, Dongying 257017, China) Abstract: Horizontal?wells?are?applied?widely?in?oilfield?development.?Completion?technology?of?horizontal?wells?is?becoming?hotspot?home?and?abroad.?According?to?characteristics?of?Shengli?Oilfield,?mud?cake?acid?pickling?process,?screen?segmentation?technol-ogy, gravel pack sand control technology for horizontal wells, cementing quality improvement and safe running-in-string technology for horizontal wells, multi-lateral horizontal well completion technology, solid expandable tubing and expandable sand screen are devel-oped,?on?the?basis?of?which?comprehensive?horizontal?well?completion?system?is?formed?and?continuous?production?in?Shengli?Oilfield?is maintained. Key words: Shengli?Oilfield;?horizontal?well?completion;?mud?cake?acid?cleanup;?multi-lateral?horizontal?well?completion;?expand-able completion 近几年,随着油气田开发向低渗透、稠油油藏方向发展,水平井钻井技术在胜利油田得到了广泛应用。随钻测量技术、钻井液技术及水平井完井技术成为推动水平井技术进步的三大支柱。其中,水平井完井技术逐渐受到重视,进入日新月异的发展阶段。国外公司相继研究开发如智能完井[1]、裸眼分段压裂[2]以及膨胀管完井[3]等完井新技术,取得了显著经济效益。国内完井技术[4-8]则立足国情,采取以独立筛管完井、筛管+管外封隔器完井、固井射孔完井为主的完井方式,降低施工风险,控制完井成 本,保证油气田开发效益。 胜利油田相继完成了“八五”、“九五”期间国家级课题“水平井、侧钻水平井完井技术研究”、“十五”期间中石化集团公司科技攻关项目“分支井、大位移井完井技术研究”等重大项目的研究攻关,形成了具有胜利特色的水平井完井技术——筛管完井系列技术、水平井提高固井质量特色技术、膨胀管完井技术等,为水平井完井提供了强有力的技术支撑,为胜利油田提高“两率”奠定了坚实的完井技术基础。 国家重大专项项目: “低渗油气田完井关键技术研究(编号:2008ZX05022-006)”的部分研究成果;国家863项目“膨胀管钻井技术(编号:2006AA06A105)”的部分研究成果。 作者简介: 赵金洲,1963年生。1983年毕业于江汉石油学院钻井工程专业,从事石油工程技术管理工作,现任副局长。电话:0546-8710317。

水平井完井方式及其选择

水平井完井方式及其选择

水平井完井方式及其选择 水平井完井方式可采用裸眼完井、割缝衬管、割缝衬管加管外封隔器、下套管注水泥射孔 (1)裸眼 (2)割缝衬管完井 (3)衬管管外分段封隔完井 (4)水泥固井射孔完井 的实际经验。完井方式对于水平井今后能否进行正常生产或者进行多种作业是非常重要的。某种钻井方式只能适应于某种完井方式。 一、完井方式 1、裸眼完井 裸眼完井费用不高,但局限于致密岩石地层,此外,裸眼井难以进行增产措施,以及沿井

段难以控制注入量和产量,早期水平井完井用裸眼完成,但现在已趋步放弃此方法。当今只有在具有天然裂缝的碳酸盐岩油气藏和油气井的泄油半径很小时才使用裸眼完井的方法。 2、割缝衬管完井 该方法是在水平段下入割缝衬管,主要目的是防止井眼坍塌。此外,衬管提供一个通道,在水平井中下入各种工具诸如连续油管。有三种类型的衬管可采用: 1)穿孔衬管。衬管已预先预制好。 2)割缝衬管。衬管已预先铣好各种宽 度、深度、长度的缝。 3)砾石预充填衬管。割缝衬管要选择 孔或缝的尺寸,可以起到有限的防砂作用。 在不胶结地层,则采用绕丝割缝筛能有效 地防砂,另外在水平井采用砾石充填,也 能有效防砂。 割缝衬管完井的主要缺点是难以进行有效的增产措施,因为衬管与井眼之环形空间是裸眼,彼此连通,同样,也不能进行进行分采。 3、割缝衬管加管外封隔器 该方法是将割缝衬管与管外封隔器一起下

入水平段,将水平段分隔成若干段,可达到沿井段进行增产措施和生产控制的目的。由于水平井并非绝对水平,一口井一般都有多个弯曲处,这样,有时难以下入衬管带几个封隔器 4、下套管注水泥射孔 该方法只能在中、长曲率半径井中实施。在水平井中采用水泥固井时,自由水成分较直井降低得更多,这是因为水平井中由于密度关系,自由水在油井顶部即分离,密度较高的水泥就沉在底部,其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生,应做一些相应的试验。 注:1、超短曲率水平井:半径1~2ft,造斜角(45°~60°)/ft; 2、短曲率水平井:半径20~40ft,造斜角(2°~5°)/ft; 3、中曲率水平井:半径300~800ft,造斜角(6°~20°)/(100ft); 4、长曲率水平井:半径1000~3000ft,造斜角(2°~6°)/(100ft)。 二、完井方式选择 在选择完井方式时,必须重点考虑以下几个方面的问题: 1、岩石地层 若考虑裸眼完井,重要的是保证岩石是致密的,同时钻井过程是稳定的。经验报告和文献指出,若水平井方向是沿着水平最小应力钻井,则井筒显示极好的稳定性。 2、钻井方法

页岩气水平井分段压裂复杂缝网形成机制

油气藏评价与开发 第7卷第5期2017年10月 RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT 页岩气水平井分段压裂复杂缝网形成机制 许文俊,李勇明,赵金洲,陈曦宇,彭瑀 (西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500) 摘要:水平井分段压裂是页岩气高效开发的重要技术手段,有意识地利用水力裂缝沟通页岩储层中的天然裂缝,使其闭合的部分重新开启,开启的部分又相互连通,从而在地层中形成具有较大规模的复杂裂缝网络,有利于实现地层中页岩气向井筒的高效流动。为了合理优化页岩储层压裂设计方案,提高页岩储层压裂改造效果,需先认清页岩水平井分段压裂复杂缝网形成机制。基于位移不连续理论,建立了水平井分段压裂多裂缝干扰模式下的地应力场模型,分析了天然裂缝在复杂地应力场和存在压裂液滤失作用的情况下,发生张开或剪切破裂形成复杂缝网的机理。分析表明:水力裂缝诱导应力虽能降低地层原始水平应力差,但也会增加地层中天然裂缝发生张开和剪切破裂的难度,不利于复杂裂缝网络的形成。压裂液滤失是导致地层中天然裂缝发生张开和剪切破裂形成复杂裂缝网络的关键因素,天然裂缝的剪切破裂区域要远大于张开破裂区域,多条水力裂缝滤失效应的叠加更有利于形成具有较大波及区域的复杂裂缝网络。充分考虑压裂液滤失对复杂裂缝网络形成的影响,对提高页岩气水平井分段多簇压裂改造效果具有重要意义。 关键词:分段压裂;位移不连续理论;剪切破裂区域;张开破裂区域;复杂缝网 中图分类号:TE357文献标识码:A Formation mechanism of complex fracture network under horizontal well staged fracturing in shale gas reservoir Xu Wenjun,Li Yongming,Zhao Jinzhou,Chen Xiyu and Peng Yu (State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China) Abstract:Horizontal well staged fracturing is an important technology for shale gas production,whose essence is to use hydraulic fracture to activate natural fractures.The natural fractures can make closed parts reopen and opened parts interconnect,and then form complex fracture network in shale reservoirs,accordingly,shale gas will flow to the wellbore through complex fracture network efficiently.In order to optimize shale reservoir fracturing design and improve the effects of shale reservoir fracturing,it is necessary to fully understand the formation mechanism of complex fracture network in staged fractured shale horizontal wells.Based on the displacement discontinuity theory,a complex stress field calculation model which takes into consideration hydraulic fracture inter?ference is established,which analyzes the mechanism that natural fractures occur open and shear fracture,and then the complex fracture network under the circumstance of complex ground stress field and fracturing fluid leak-off was formed.The results demon?strate that although the hydraulic fracture induced stress field can reduce the original horizontal stress difference,it would also in?crease the difficulty of natural fractures opening and shearing,which is unbeneficial for the formation of complex fracture network. Moreover,it is attained that fracturing fluid leak-off is the key factor that leads to the open and shear fracture of natural fractures in the formation of complex fracture network and the shear rupture zone of natural fractures is much larger than the open rupture zone, furthermore,the superposition of multiple hydraulic fracture filtration effect is more favorable for the formation of complex fracture network with a larger spread area.The impacts of fracturing fluid leak-off on complex fracture network have important significance for improving staged fracturing transformation of shale horizontal wells. Key words:staged fracturing,displacement discontinuity theory,shear rupture zone,open rupture zone,complex fracture network 收稿日期:2016-10-31。 第一作者简介:许文俊(1991—),男,在读博士研究生,油气田增产改造理论与技术方面的研究。 基金项目:国家自然科学基金重大项目“页岩地层动态随机裂缝控制机理与无水压裂理论”(51490653);国家重点基础研究发展计划“中国南方海相页岩气高效开发的基础研究”(2013CB228004)。

关于水平井分段压裂的研究及探讨

关于水平井分段压裂的研究及探讨 【摘要】能源作为现代社会的稀缺资源,直接影响着人们的生产生活,对能源的开发也是极为重要的工程。在石油储存量较小且渗透性较差的油田内,水平井是较为有效的开发方式。如果遇到油气层渗流阻力较大、渗透率极低的情况,则需要将其压开数量不等的裂缝,加强油气的渗透性及减少渗流阻力。本文简单阐述了水平井分段压力技术的原理,各种类型的分段压裂技术,包括封隔器分段压裂、段塞分段压裂、封隔器配合滑套喷砂器分段压裂、水力喷射分段压裂、TAP 分段压裂技术等,为从事能源行业的人员提供一定的技术参考。 【关键词】水平井分段压裂技术研究 由于各个油田的地质情况不一样,在开发的过程中许多特殊情况,如低渗透油气藏、稠油油气藏、储量较小、渗透阻力大等情况,需要采用水平井,其优势在于生产效率高、泄油面积大、储量的动用度较高。为了达到进一步提高水平井的产量,需要对水平井进行压裂,从而形成数量较多的裂缝,提高油气的产量,提升生产效率,但是由于水平井的跨度较大,要达到理想的压裂效果要求分段工具具有性能良好、体积合适、操作性强等特征,才能有效的提高单位油井的油气产量,实现经济效益及资源的充分开发[1]。 1 水平井分段压裂工艺的基本原理 水平井压裂后,其裂缝的形状、性能均有所区别,主要和水平井筒轴线方向及地层的主要应力的方向有着较为密切的关系。该项工艺能够提高产量的原理为压裂使石油的渗流方式发生了改变。进行压裂处理之前,石油的径向流流线主要处于井底的位置,渗透受到较大的阻力,压裂完成后,径向流流线与裂缝壁面呈平行关系,渗流受到的阻力较小。裂缝的主要形态有以下几种:①横向裂缝:当水平井筒和主要应力的方向为呈垂直关系时,即会形成横向裂缝;②纵向裂缝:当水平井筒与主要应力的方向呈平行关系时,即会形成纵向裂缝;③扭曲裂缝:当水平井筒和主要应力有一定的角度时,即会构成扭曲裂缝。压裂后形成的横向裂缝适用于渗透性较差储藏层,其可以明显的促进油井改造。而渗透性好、裂缝性的储藏层则需要利用纵向裂缝来提升改造效果[2]。 2 各种类型的分段压裂工艺2.1 段塞分段压裂 段塞分段压裂工艺是在水平井施工进入尾声时,采用年度较高的物质植入井筒中,使之形成堵塞现象,在利用其它材料,如浓度较高的支撑剂、填砂液体胶塞或者超粘完井液等,进行填充性裂缝。该工艺的优势在于对于工具的要求较低,不需要特殊工具即可以安全设计方案进行施工活动,但是其缺陷在于施工时间较长,在进行冲胶塞施工时容易出现损伤,且由于胶塞强度的限制,在深度较大的水平井中不能达到理想的封隔效果,因此逐渐被新的分段压裂技术所取代[3]。 2.2 TAP分段压裂工艺

【CN110130867A】一种小井眼侧钻水平井分段多簇压裂方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910304847.1 (22)申请日 2019.04.16 (71)申请人 中国石油天然气股份有限公司 地址 100007 北京市东城区东直门北大街9 号中国石油大厦 (72)发明人 常笃 齐银 陆红军 张矿生  卜向前 任勇 苏良银 汪澜  刘兴银 赵广民  (74)专利代理机构 西安吉盛专利代理有限责任 公司 61108 代理人 赵娇 (51)Int.Cl. E21B 43/267(2006.01) E21B 33/134(2006.01) E21B 33/13(2006.01) (54)发明名称 一种小井眼侧钻水平井分段多簇压裂方法 (57)摘要 本发明公开了一种小井眼侧钻水平井分段 多簇压裂方法,根据储层情况确定压裂段数和射 孔位置,每段采用多簇射孔,完成第一段多簇压 裂,接着通过水力泵送小直径可溶桥塞实现第二 段和以后多段的分段压裂,其中压裂施工过程中 通过泵入可溶解暂堵转向颗粒,堵塞已起裂的 簇,迫使压裂液进入未起裂的簇,实现段内多簇 有效起裂,压裂施工完成后,小直径可溶桥塞、暂 堵转向颗粒在地层条件下自行溶解,不影响改造 效果,重复上述步骤,直至完成小井眼侧钻水平 井所有段的压裂,本发明可解决小直径可捞式桥 塞施工工序复杂、笼统压裂各簇开启率较低的问 题,本发明具有不钻塞、施工效率高、成本低的特 点,实现了小井眼侧钻水平井分段多簇压裂的目 的。权利要求书2页 说明书10页CN 110130867 A 2019.08.16 C N 110130867 A

阶梯水平井钻井技术

阶梯水平井钻井技术 冯志明 颉金玲 (大港油田集团公司定向井技术服务公司,天津大港 300280) 摘要 阶梯水平井是在水平井完成第1水平靶区后,通过降斜、稳斜、增斜段的调整,进入并完成第2水平靶区井段的水平井钻井技术。该技术将水平井技术又推上了一个新的高度。使水平井的应用扩展到常规油气层,连续薄油层、断块油层等复杂油气田。文中从施工难点、优化工程设计、井眼轨迹控制3方面论述了阶梯水平井的钻井技术。列举了TZ406井、YX2P1井、LN61-H1井3口阶梯水平井的施工数据。针对TZ406井施工经过、施工要点、施工技术措施,对阶梯水平井的设计、轨道控制技术、施工难点经验、体会和认识,做了全面的论述。现场应用表明:阶梯水平井显著地增加了产量,大幅度地提高勘探开发的综合经济效益,必将成为油气田开发的重要手段之一。 主题词 水平井 导向钻井 井眼轨迹 工程设计 钻具组合 作者简介 冯志明,1966年生。1987年毕业于重庆石油学校钻井工程专业,工程师。 颉金玲,1945年生。毕业于华东石油学院,现任副经理,高级工程师。 阶梯水平井是指在一个井眼中连续完成具有一定高度差的两个或者多个水平井段,形成具有两个或多个台阶的井眼轨迹,用一个井眼开采或者勘探两个或多个层叠状油藏、断块油藏的水平井井型。利用阶梯水平井连续在这两个油层中水平延伸一定长度,节约了重复钻井的投资,增加了单井产量,可取得最佳的开发效果。 一、施工难点 1口成功的阶梯式水平井,能实现取代2口或多口水平井的开发目的,既节约投资,又能获得好的效益。常用于阶梯式水平井开发的区块具有以下特点:(1)层叠式或不整合薄油藏;(2)断块油藏;(3)上部油层断失或尖灭,存在下部可供开采的油藏。 1.目的层油层薄,区块复杂,井眼轨迹拐点多,不平滑,不利于送钻和钻压传递,控制和调整井眼轨道工作量大。着陆、阶梯过渡段控制困难。 2.对钻井装备、钻井液净化设备要求高,井眼的净化和携砂难度大,大斜度井段易形成岩屑床,造成井下复杂情况发生,需要有足够的动力,配套齐全的净化设备。 3.钻具组合、监测仪器等针对性强,技术含量高,钻柱受力复杂。 二、优化工程设计 1.优化井身剖面设计 阶梯水平井的地质设计,通常只给定AB段、CD段两个阶梯水平段的入窗窗口和目标靶区,工程设计则需要满足以下3个方面的条件。(1)满足地质对轨迹控制的要求:即中靶要求。(2)井下专用钻具、工具、仪器装备能满足设计井眼轨迹控制的要求。(3)完井电测、下套管、固井等完井工艺技术水平须满足开放要求。 阶梯式水平井,与普通水平井不同的是怎样依据地质要求,对第1水平段终点到第2水平段终点间的井身剖面进行设计。 2.优化井身结构 根据TZ406井、YX2P1井和LN61-H1井的施工技术,结合国内外其它地区阶梯水平井的施工经验、油层特点和完井方式,一般认为技套必须封固目的层以上的异常高压以及易垮塌、破碎带等不稳定地层,以保证水平井安全、快速地钻井和完井。 三、井眼轨迹控制技术 1.合理的钻具组合设计 分析近年来完成的数十口水平井资料,总结出几套适合于常规水平井和阶梯水平井施工,目前国内工艺技术和装备又能够实现的钻具组合结构。 (1)侧钻钻具组合。钻头+螺杆钻具+定向接头+无磁钻铤+MWD短节+钻铤+钻杆。该钻具组合常用于回填导眼后的侧钻井段和第1造斜井段的施工,平均造斜率达10~12(°)/30m。 (2)钻盘微转增斜钻具组合。钻头+稳定器+无磁钻铤+MWD短节+无磁钻挺+稳定器+钻铤+ 22石油钻采工艺 2000年(第22卷)第5期DOI:10.13639/j.od pt.2000.05.006

第一章 定向井(水平井)钻井技术概述

第一章定向井(水平井)钻井技术概述 定向井、水平井的基本概念 定向井丛式井发展简史 定向井钻井被(英)T.A.英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为,定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达10,654米; 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的RytchFarm 油田钻成的M11井,水平位移高达1,0114米。 垂深水平位移比最高的是Statoil公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14; 丛式井口数最多,海上平台:96口;人工岛:170口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段,50—60年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井,其中磨三井总井深1685米,垂直井深表遗憾350米,水平位移444.2米,最大井斜92°,水平段长160米;70年代扩大实验,推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关,使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井,井深达到7000米,垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井,水平

水平井不动管柱封隔器分段压裂技术

万方数据

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?144?中国石油大学学报(自然科学版)2010年8月 有限元分析,采用轴对称模型对其简化,建立的管柱模型及网格划分如图6所示。胶筒材料为橡胶,材料常数C10=1.87MPa,Co.=o.47MPa;其余材料定义为钢,其弹性模量E=206GPa,泊松比/z=0.3;网格划分中心管、套管和护套采用CAX4R单元,胶筒采用CAX4RH单元划分;定义中心管与压缩式封隔器的护套摩擦系数为0.1,其他接触摩擦系数定义为0.3;扩张式封隔器的护套与中心管定义为绑定约束,护套与长胶筒的顶部和底部也定义为绑定约束。 图6模型装配图(左)及网格划分(右) №.6Assemblydrawingofmodelandgrid mapofsealrubber 管柱力学分析分两步进行,加载方式为先在长胶筒的内部逐渐施加30一50MPa的内压力,使扩张式长胶筒与套管接触密封,管柱锚定套管不动。胶筒与套管的接触应力值如图7所示,最大接触压力为33.3MPa。然后对管柱进行加载,包括管柱的内部压力和管外压力,以及封隔器对管柱的摩擦力,封隔器附近中心管的应力值如图8所示。 图7长胶简接触应力曲线 Fig.7Contactstresscurve oflongrubber从图8应力曲线可以看出,中心管在与封隔器接触处的应力值最大,中心管的最大应力值为168.2MPa,发生在封隔器与中心管的结合处。压裂施工时该部位最容易被拉断,因此在工具设计时对该类部件选取高强度材料(选用35CrMo材料),增加抗拉强度。 图8中心管处应力曲线 Fig.8Stressclllrveofcentraltube 4创新点与优点 4.1创新点 (1)工艺管柱的无卡瓦锚定设计,设计封隔器长胶筒摩擦锚定,降低了安全事故的发生,可有效避免卡瓦式锚定工具卡钻的问题。 (2)密封胶筒内加入了特殊材料,增强密封耐压性能和抗疲劳破坏性能。 (3)设计工具挡砂传液机构,有效避免了工具内腔进砂引起的事故。 (4)综合应用不动管柱+分段压裂+可洗井等技术。 4.2技术优点 (1)可以在不动管柱的情况下,实现水平井2—3段的分段压裂;可以对水平井的长井段进行均匀布酸和有效的措施改造,大大提高水平井的压裂措施效益。 (2)一般情况,整个压裂施工可以在ld内完成,节省了泵注时间和费用,加快了返排时间,降低了残酸或压裂液对油层的污染伤害,有利于保护油气层。 (3)管柱具有反洗井功能,砂卡时可以进行反洗井作业。 5结束语 力学分析证明该新型水平井封隔器分段压裂工艺管柱达到设计要求,其中心管在与封隔器接触处的应力值最大,是应力破坏薄弱处,设计时进行了充分考虑。该技术提高了我国套管完井水平井分段压裂的工艺技术水平和配套工具水平,具有良好的推 广应用前景。万方数据

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