天然气水合物典型特征综述

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天然气水合物

天然气水合物



一般来说, 人为地打破天然气水合物稳定存在的温压条件使其分解, 是目 前开采天然气水合物的主要途径。但是要考虑到天然气水合物作为储存 区地层的构成部分,在稳定该区域地层方面起着相当重要的作用。 众所周知, 二氧化碳是最重要的温室气体, 其在大气中含量增高是导致全 球气候变暖的主要原因之一。因此深海地层处置被认为是减少CO2排向 大气的有效手段。研究显示,当CO2 被收集起来并注入深海地层,将形 成CO2 水合物。 因此人们设想,若将CO2注入天然气水合物聚集层,既能将其中的CH4 置换出来, 又能有效减少CO2 向大气排放,还可以保持地层的稳定性 。由此Ebinuma及Ohgaki等于1996年提出了CO2 置换法开采天然气水 合物。
天然气水合物
天然气水合物简介

天然气水合物是在一定条件下由轻烃、二氧 化碳及硫化氢等小分子气体与水相互作用形 成的白色固态结晶物质,是一种非化学计量 型晶体化合物,或称笼形水合物,也称为可 燃冰、甲烷水合物、甲烷冰。

在自然界发现的天然气水合物多为白色、淡 黄色、琥珀色、和暗褐色,呈亚等轴状、层 状、小针状结晶或分散状。
形成原因

海洋生成
有两种不同种类的海洋存量。 最常见的绝大多数都是甲烷包覆于结构Ⅰ型的包合物,而且一般都 在沉淀物的深处才能发现。在此结构下,甲烷中的碳同位素较轻,因此 指出其是微生物由CO2的氧化还原作用而来。 在接近沉积物表层所发现较少见的第二种结构中,某些样本有较高 比例的碳氢化合物长链包含于结构Ⅱ型的包合物中。其甲烷的碳同位素 较重,据推断是由沉积物深处的有机物质,经热分解后形成甲烷而往上 迁移而成。


当存在游离水时,CO2 比CH4有更高的亲和势,更易使游离水形成水合 物,这有利于反应向正方向进行。 CO2与CH4的水合物均为结构Ⅰ型,发生在CO2与CH4水合物之间的置换 反应方程式为:

水合物综述3

水合物综述3

水合物研究进展综述一、水合物的结构天然气水合物是一种笼形晶格包络物。

在水合物中,水分子形成一种点阵结构,气体分子则填充于点阵间的孔穴。

形成点阵的水分子之间由较强的氢键结合,而气体分子和水分子之间的作用力是范德华力。

1951年von stackelberg 和Muller 采用X射线衍射实验方法对水合物的结构测定后发现,水合物的结构有I型和II型两种,每种结构的水合物晶格单元均包含一定数量的大小不同的两种孔穴。

[1]最近,Ripmeester等人采用核磁共振及粉末衍射的实验方法发现了第三种水合物结构H [2],即在稳定的H 型结构水合物中,烃类大分子占据晶格的大孔穴,必须同时有小气体分子占据晶格中的两个小孔穴,H型水合物改变了人们长期以来对气体水合物的认识,它表明一些烃类大分子在有小分子存在的情况下,也可以生成水合物。

结构I型属于体心立方结构,可由天然气小分子在深海形成,结构II型属于金刚石晶体立方结构,可由含分子大于乙烷小于戊烷的天然气或石油形成,结构H型属于六面体结构,可由挥发油或汽油等大分子形成。

[3]构成水合物孔穴的多面体有十二面体、十四面体、十六面体和二十面体四种,十二面体分为512和435663两种。

512和51262 构成I型结构水合物,512构成小孔穴,51262构成大孔穴。

II型结构是由512和51264构成,512构成小孔穴,51264构成大孔穴。

而H型结构水合物是由512、435663与51268构成。

512、435663分别构成两种小孔穴,51268构成大孔穴,每种晶体结构及其参数如表1、图1所示。

二、水合物的生成机理从分子水平上去阐述水合物的生成机理,目前仍旧处于起步阶段。

[5]中外许多研究人员都提出了一些自己的观点。

石油大学(北京)陈光进、郭天民认为:水合物的生成过程首先是络合过程,其次是溶解过程。

当气体分子溶解于水中,受到水分子的包裹,形成一些包腔。

包腔的体积取决于气体分子的体积,为了维持壁上水分子的氢键的饱和度,包腔的体积不随气体分子体积的变化而做连续变化。

水合物综述3

水合物综述3

水合物研究进展综述一、水合物的结构天然气水合物是一种笼形晶格包络物。

在水合物中,水分子形成一种点阵结构,气体分子则填充于点阵间的孔穴。

形成点阵的水分子之间由较强的氢键结合,而气体分子和水分子之间的作用力是范德华力。

1951年von stackelberg 和Muller 采用X射线衍射实验方法对水合物的结构测定后发现,水合物的结构有I型和II型两种,每种结构的水合物晶格单元均包含一定数量的大小不同的两种孔穴。

[1]最近,Ripmeester等人采用核磁共振及粉末衍射的实验方法发现了第三种水合物结构H [2],即在稳定的H 型结构水合物中,烃类大分子占据晶格的大孔穴,必须同时有小气体分子占据晶格中的两个小孔穴,H型水合物改变了人们长期以来对气体水合物的认识,它表明一些烃类大分子在有小分子存在的情况下,也可以生成水合物。

结构I型属于体心立方结构,可由天然气小分子在深海形成,结构II型属于金刚石晶体立方结构,可由含分子大于乙烷小于戊烷的天然气或石油形成,结构H型属于六面体结构,可由挥发油或汽油等大分子形成。

[3]构成水合物孔穴的多面体有十二面体、十四面体、十六面体和二十面体四种,十二面体分为512和435663两种。

512和51262 构成I型结构水合物,512构成小孔穴,51262构成大孔穴。

II型结构是由512和51264构成,512构成小孔穴,51264构成大孔穴。

而H型结构水合物是由512、435663与51268构成。

512、435663分别构成两种小孔穴,51268构成大孔穴,每种晶体结构及其参数如表1、图1所示。

二、水合物的生成机理从分子水平上去阐述水合物的生成机理,目前仍旧处于起步阶段。

[5]中外许多研究人员都提出了一些自己的观点。

石油大学(北京)陈光进、郭天民认为:水合物的生成过程首先是络合过程,其次是溶解过程。

当气体分子溶解于水中,受到水分子的包裹,形成一些包腔。

包腔的体积取决于气体分子的体积,为了维持壁上水分子的氢键的饱和度,包腔的体积不随气体分子体积的变化而做连续变化。

天然气水合物简析

天然气水合物简析

浅谈天然气水合物天然气水合物是以CH4 为主,含少量CO2,H2S的气态烃类物质充填或被束缚在笼状水分子结构中形成的冰晶化合物,俗称“可燃冰”。

一.天然气水合物的存在类型及成因分析R D Malone 等对天然气水合物进行了多年的研究,指出天然气水合物存在有4 种类型第一种是良好分散水合物,均匀分布在岩石的孔隙或裂隙中;第二种是结核状水合物,其直径为5cm 水合物气体为从深处迁移的热成因气体;第三种是层状水合物,分散于沉积物的各薄层中,主要分布在近海区域和永久冰冻土中;第四种是块状水合物厚度为3-4CM,水合物的含量为95%沉积物含量为5%主要形成于断裂带等有较大的储存空间的环境中。

(图一)图一天然气水合物的存在类型根据形成环境的温度和压力条件,将天然气水合物的成因机制分为以低温条件为主控因素的低温成因型和以高压条件为主控因素的高压成因型。

(图二)低温成因型:形成天然气水合物时温度起主要控制作用,形成的条件是温度低而相对压力较小,如青藏高原冻土带浅部的天然气水合物和100-250m以下极地陆架海的天然气水合物。

高压成因型:随埋深增大,压力增高而温度也因地温梯度相应增高,高压力对形成天然气水合物的形成起主导因素如水深为300-4000m 的海洋天然气水合物基本上是在高压条件下形成的掌握了天然气水合物的形成条件,对开发利用时是采用热激发法还是降压法,化学剂法具有一定指导意义。

根据天然气的来源将天然气水合物成因机制分为原生气源型和再生气源型:原生气源型是指已存在的天然气田m 煤层气田深处迁移的热成因气体等因温度或裂隙压力或天然气浓度的变化而转变为天然气水合物, 在此过程中无外来物质的加入m 天然气水合物可与常规的天然气(油田) 煤层气(煤田) 相伴而生。

再生气源型是指特定的环境条件下, 海洋里大量的生物和微生物死亡后留下的遗体不断沉积到海底, 很快分解成有机气体甲烷, 这些有机气体, 在压力的作用下便充填到海底结构疏松的沉积岩孔隙中, 在低温和压力的作用下形成天然气水合物。

天然气水合物典型特征综述

天然气水合物典型特征综述

关键词 :天然气水合物 ; 现状; 特征
Ke y wo r d s : g a s h y d r a t e ; s t a t u s q u o ; f e a t u r e
中 图分 类 号 : F 4 0 7 . 2 2
文 献标 识 码 : A
文章编号 : 1 0 0 6 - 4 3 1 1 ( 2 0 1 3) 1 1 - 0 0 3 2 — 0 2

3 2・
价 值 工 程
天然气水合物典型特征综述
S u mm a r y o n Ty p i c a l Ch a r a c t e r i s t i c s o f Ga s Hy d r a t e
樊浩 F AN Ha o
( 中 国 石油 辽 河油 田海 南 油 气勘 探 分 公 司 , 盘锦 1 2 4 0 1 0)
对此 , 从原 材 料和 配合 比开 始 , 严格把 关, 进 场 的每 一 批 原 责砼 的养各种原材料 的含水 率, 及
时调 整 配 合 比 , 保 证合 格 的 C A 砂 浆 投 入 使 用 。 生 产 设备
3 结 语 高 速 铁 路 的 高 标
1 国内外天然气水合物勘探现状 1 . 1国 外 天然 气 水 合 物勘 探历 史 及 现 状 1 9 6 5年 在 俄
作 者简介 : 樊浩 ( 1 9 7 9 一 ) , 男, 湖北潜江人 , 硕士 , 中级 工 程 师 , 现 水合物。 与此同时, 美国 科 学 家 也在 研 究 海 底地 震 的 时候 , 从 事海 洋 油 气 勘 探 。
因为它的外形就像是冰 一样 , 但是可 以点燃。从化学结构 的角度看, 天然 气 水 合 物 是 甲烷 等可 燃 气 体 分子 外 面 包 裹 罗斯 西 西 伯 利 亚 的麦 索 亚 哈 油 气 田 的 永 久 冻 土 层 首 次 发

天然气水合物

天然气水合物

天然气水合物一、简介天然气水合物(Natural Gas Hydrate,简称Gas Hydrate)是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。

因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。

分子式为CH4·8H2O。

组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S 等可形成单种或多种天然气水合物。

形成可燃冰有三个基本条件:温度、压力和原材料。

首先,低温。

可燃冰在0—10℃时生成,超过20℃便会分解。

海底温度一般保持在2—4℃左右,所以一般在冰土带的地方较多。

;其次,高压。

可燃冰在0℃时,只需30个大气压即可生成,而以海洋的深度,30个大气压很容易保证,并且气压越大,水合物就越不容易分解。

最后,充足的气源。

海底的有机物沉淀,其中丰富的碳经过生物转化,可产生充足的气源。

海底的地层是多孔介质,在温度、压力、气源三者都具备的条件下,可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。

二、特点天然气水合物具有分布广、资源量巨大、埋藏浅、能量密度高的特点。

1.分布广泛据推算,世界上占海洋总面积90%的海域具有天然气水合物形成的温压条件;据调查,世界天然气水合物矿藏的面积可达全部海洋面积的30%以上。

目前,实际上在所有海洋边缘水深大于300~500m 的大陆斜坡上均已发现了天然气水合物,在一些海洋边缘的深水海台或盆地的浅部地层中也都直接或间接地发现有天然气水合物,在极地冻土带和极地陆架海也发现有天然气水合物,证明天然气水合物分布十分广泛。

据初步研究,我国东海陆坡和南海陆坡及盆地具备天然气水合物的成矿条件和找矿前景,其中南海西沙海槽、台湾东南陆坡已发现天然气水合物存在的地球物理标志。

2.资源量巨大天然气水合物是全球第二大碳储库,仅次于碳酸盐岩,其蕴藏的天然气资源潜力巨大。

据保守估算,世界上天然气水合物所含天然气的总资源量约为(1.8~2.1)×1016m3,其热当量相当于全球已知煤、石油和天然气总热当量的2倍,也就是说,水合物中碳的总量是地球已知化石燃料中碳总量的两倍。

天然气水合物

天然气水合物

天然气水合物引言天然气水合物(Methane Hydrates),简称NGHs,在过去几十年中备受关注。

天然气水合物是一种特殊的化学物质,它是天然气和水形成的结晶化合物。

它的结构中包含了天然气分子(主要是甲烷)和水分子,形成了固体晶体结构。

天然气水合物存在于寒冷的深海底部和极地地区的沉积物中,被认为是一种巨大的未开发能源资源。

这篇文章将会介绍天然气水合物的形成过程、分布情况、潜在的能源潜力以及对环境和气候的影响。

形成过程天然气水合物的形成需要同时具备压力和温度条件。

在大部分的天然气水合物形成地点,地下水的渗透会将水带到脆弱的沉积物层中。

当水和天然气接触时,由于寒冷的温度和高压力,水和天然气中的甲烷分子会结合成为水合物晶体。

这种过程被称为水合物形成。

天然气水合物形成的主要条件是温度低于零下6摄氏度且压力超过200个大气压。

分布情况天然气水合物广泛分布于全球寒冷的海洋和极地地区。

它们主要存在于深海海底的沉积物中,以及北极地区的冻土和冰川中。

据估计,全球的天然气水合物资源量巨大,可能比现有的天然气储量还要多。

然而,由于水合物存在的极端环境条件和技术挑战,目前还没有进行大规模开采。

潜在的能源潜力天然气水合物被认为是未来能源的候选者之一,因为它们拥有巨大的能源潜力。

根据估计,全球的天然气水合物储量可能远远超过传统天然气储量。

特别是在亚洲地区,天然气水合物被视为减少对进口石油和天然气依赖的一种替代能源。

然而,天然气水合物的开采和利用面临着技术挑战和环境风险。

技术挑战天然气水合物的开采和利用面临着许多技术挑战。

首先,水合物形成的地点通常位于深海或极地等极端环境中,需要克服高压、低温和深水等条件。

其次,水合物本身的物理性质使得开采过程更加困难,因为水合物在外部环境下会分解成天然气和水,导致压力下降和结构不稳定。

此外,无论是开采还是运输天然气水合物,都需要解决海底管道技术和安全问题。

环境风险天然气水合物开采和利用会对环境产生一定的影响和风险。

天然气水合物的生物学特性和生产研究

天然气水合物的生物学特性和生产研究

天然气水合物的生物学特性和生产研究天然气水合物是一种新型的天然气储存形式,其化学结构为水分子和天然气分子形成的晶体,可在海底或极寒地区的冰层中获得。

虽然天然气水合物具有巨大的储量潜力和可再生性,但其生物学特性和生产研究仍然是当前研究的热点之一。

一、生物学特性天然气水合物中的天然气是由微生物代谢生成的,这些微生物主要为甲烷氧化细菌和甲烷生成细菌。

在海洋底部和极寒地区,这些微生物通过代谢过程将甲烷转化为无机碳和水。

其中的甲烷可以与水结合形成水合物。

此外,天然气水合物中还存在着一些特殊的微生物,如水合物真菌和甲烷厌氧细菌等。

这些微生物对于天然气水合物的形成和分解具有重要的作用。

二、生产研究在天然气水合物的生产过程中,关键问题是如何提高分解速率和从中提取天然气。

目前研究的方法主要有以下几种:1. 加热法加热法是将天然气水合物加热至一定温度,从而使其分解,释放出天然气。

这种方法可以提高分解速率,但也会造成温室气体排放和环境污染。

2. 地下气化法地下气化法是在天然气水合物地层中注入高压氧气或二氧化碳,从而加速水合物的分解,释放出天然气。

这种方法可以有效提高产气率和可处置性,但需要考虑地层的环境和安全问题。

3. 微生物技术微生物技术是指利用微生物代谢过程促进天然气水合物的形成或分解。

这种方法具有环境友好、无排放和低成本等优点,但需要解决微生物生长的限制和研究微生物代谢机制等问题。

4. 气体置换法气体置换法是指将地下天然气水合物层中的水以气体来代替,从而促进水合物的分解,释放出天然气。

这种方法的优点是无需加热或注入气体,但需要考虑置换气体的成本和环境影响。

最后要注意的是,天然气水合物的开采和利用应该注重环境保护和可持续性,避免对生态环境和人类健康造成影响。

需要建立严格的环保和安全规范,加强国际合作和共享技术,才能更好地利用这种“未来燃料”。

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作者:樊浩
单位:中国石油辽河油田海南油气勘探分公司124010
作者简介:樊浩(1979-),男,湖北潜江市人,硕士,中级工程师,现从事海洋油气勘探。

标题:天然气水合物典型特征综述
摘要:概述国内外天然气水合调查研究的勘探进展情况,详细地介绍判识天然气水合物的地球物理和地球化学特征。

关键词:天然气水合物;现状;特征
0 引言
天然气水合物, 也称“气体水合物”, 是由天然气与水分子在高压、低温条件下形成的一种固态结晶物质。

由于天然气中80%~99.9%的成分是甲烷, 故也有人将天然气水合物称为甲烷水合物。

天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体, 外貌似冰状, 易点燃, 故也称其为“可燃冰”。

在天然气水合物晶体化学结构中, 水分子构成笼型多面体格架, 以甲烷为主的气体分子包裹于其中。

这是一种新型的潜在能源, 全球资源量达2.1×1015m3, 是煤炭、石油和天然气资源总量的两倍,具有巨大的能源潜力。

因此, 世界各国尤其是各发达国家和能源短缺国家均高度重视天然气水合物的调查研究、开发和利用研究。

1 国内外天然气水合物勘探现状
1.1国外天然气水合物勘探历史及现状
天然产出的水合物矿藏首次在1965年发现于俄罗斯西西伯利亚永久冻土带麦索亚哈油气田。

1972—1974年,美国、加拿大也在阿拉斯加、马更些三角洲冻土带的油气田区发现了大规模的水合物矿藏。

同期,美国科学家在布莱克海岭所进行的地震探测中发现了“拟海底反射层(BSR)”。

1979年,国际深海钻探计划(DSDP)第66、67航次在中美洲海槽危地马拉的钻孔岩芯中首次发现了海底水合物。

此后,水合物的研究便成为DSDP和后续的大洋钻探计划(ODP)的一项重要任务,并相继在布莱克海岭、墨西哥湾、秘鲁—智利海沟、日本海东北部奥尻脊、南海海槽、北美洲西部近海—喀斯喀迪亚陆缘等地发现了BSR或水合物。

德国在20世纪80年代中后期以联邦地学与资源研究中心、海洋地学研究中心为首的一些单位,结合大陆边缘等研究项目,开展了水合物的地震地球物理、气体地球化学调查。

在各国科学家的努力下,海底水合物物化探异常或矿点的发现与日俱增,迄今已达80处。

从1995年开始,日本、印度、美国、德国先后投巨资,实施了大规模的研究发展计划,韩国、俄国、加拿大、法国、英国、挪威、比利时、澳大利亚等国也正在制订计划或积极调查中。

1.2国内天然气水合物勘探历史及现状
与国外的发展历程相似, 中国天然气水合物也起始于实验室研究, 然后再扩展到资源调查领域。

中国在1999年正式实施试验性调查前还经历了一段短暂的预研究阶段, 中国大洋矿产资源研究开发协会于1995年设立了“西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研”课题, 这是中国天然气水合物资源领域的第一个调研课题, 中国地质科学院矿产资源研究所等单位就天然气水合物在世界各大洋的分布特征及找矿方法进行了分析和总结, 并对西太平洋的找矿远景进行了初步评价。

随后原地质矿产部于1997年设立了“中国海域天然气水合物勘测研究调研”课题, 国家863计划820主题也于1998年设立了“海底气体水合物资源勘查的关键技术”课题, 中国地质科学院矿产资源研究所、广州海洋地质调查局、中国科学院地质与地球物理研究所等单位对中国近海天然气水合物的成矿条件、调查方法、远景预测等方面进行了前期预研究, 为中国开展天然气水合物调查做好了资料和技术准备。

2 识别天然气水合物的标志特征
2.1地球物理标志
2.1.1 海底模拟反射层( BSR )来自水合物稳定带底面的反射也大致与海底平行,通常称为
海底模拟反射层或似海底反射( BSR )。

它是含气水合物存在的第1个典型特征。

运用BSR 来识别天然气水合物要注意:①天然气水合物与BSR并不存在一一对应的关系;②BSR 受到构造作用、沉积作用、沉积物的含碳量以及水合物的含量等因素的影响,要想在地震剖面上观察到BSR ,除了满足含量达20 %的天然气水合物地层以外,还需要存在含量不低于10 %的游离气地层位于水合物地层之下;③构造抬升、沉积速率高、沉积物含碳量和水合物含量高有助于BSR的形成。

2.1.2 振幅暗点水合物胶结物存在的第2个特征是水合物胶结层的振幅“消隐”现象( 振幅暗点)。

这种现象总是出现在含天然气水合物的沉积物中,说明层间声阻抗的差异已为水合物胶结作用所减弱。

水合物与沉积物的均匀混合致使BSR之上的反射振幅减弱,若天然气水合物沉积物中连续出现这一现象,则称之为空白反射。

空白带的主要特征为:①反射振幅较之地震记录中正常的反射振幅低;②空白带区域沉积物的层速度较之一般海底沉积物略高。

2.13 速度反转天然气水合物的第3个特征是速度反转,即当地震波由水合物胶结物向BSR 下部的沉积物传波时,其速度突然减小。

2.2地球化学
2.2.1直接识别标志
a气体地球化学分析。

根据东海深水海域90个站位浅表层沉积物烃类气体的分析,可按甲烷测定值将它们划分为:区域背景值组(<100μL/kg);异常组(100~300μL/kg);高异常组(300~500μL/kg);特高异常组(>500μL/kg)。

根据不同异常样品的分布,可以热液活动区为界,将冲绳海槽划分为南北2区。

在南区有近70%站位的甲烷值达到异常级别,20%站位达到高异常和特高异常;而在北区仅有少数站位属于异常组。

也即在南区海底烃类气体的活动远比北区强。

b海面增温异常扫描
在瞬时构造活动期间,海底水合物或常规油气藏因压力的降低或温度的升高可发生分解,析出甲烷等烃类气体,经运移扩散到海面,受瞬变大地电场或太阳光能的作用,导致激发增温。

利用卫星热红外扫描技术对海面低空大气的温度及时进行记录,便可定性探索海底排气作用,从宏观上研究其与水合物或油气藏分布的关系,从而可以在调查早期初步圈定有利区带。

2.2.2间接识别标志
a 孔隙水中氯离子浓度异常
浅层沉积物中孔隙水Cl-浓度增高,水合物附近孔隙水Cl-浓度反而降低。

由于水合物形成过程中的排盐效应以及水合物分解的稀释作用,导致浅表层沉积物孔隙水Cl-质量浓度异常。

研究发现,在南海北部琼东南W-05和W-06站位附近,Cl-质量浓度出现高异常值,且正好位于BSR显示区内。

东沙群岛南坡的ODP1146站位显示在海底500m处钻孔沉积物孔隙水Cl-质量浓度有所降低,可能由于天然气水合物分解引起的。

b 孔隙水中SO42-浓度异常
SO42-离子浓度随深度增加而降低。

在受CH4渗透活动的影响海域,海底沉积物发生的甲烷缺氧氧化是消耗空隙中SO42-的主要途径。

随着沉积物深度增加,空隙中的SO42-逐渐亏损,直到在硫酸盐甲烷交接带(SMI)消耗殆尽。

3结论
笔者总结了这些天然气水合物的典型的地球物理和地球化学特征,也许单个的特征不能完全证明是水合物引起的,我们可以结合多方面的特征来综合判断识别天然气水合物。

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