石油钻机钻台基础的设计方案
石油钻井工程设计
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尽量采用定向井、丛式井技术设计。对井斜严重的地区用一般的方法控制井斜困难时，应利用地 层自然造斜规律，移动地面井位，采用“中靶上环”的方法，使井底位置达到地质设计要求。 （14）费用预算和施工进度计划应建立在本地区切实可靠的定额基础上。每隔二至三年要对 定额指标进行修订与核算。
Байду номын сангаас
三、钻井工程设计的基本方法
一、钻井设计的内容
现场钻井设计的内容包括地质设计和钻井工程设计两大部分,其中地质设计的基本内容包括： （1）区域地质概况； （2）地理及环境资料； （3）设计依据与钻井目的； （4）设计地层、油气水及岩性矿物、物性； （5）取资料要求； （6）地层孔隙压力、破裂压力预测； （7）技术说明及要求； （8）地质附图。 钻井工程设计的基本内容包括： （1）确定合理的井身结构； （2）选择钻机类型； （3）钻柱组合和强度设计； （4）钻井参数设计； ①机械破岩参数：包括钻头类型、尺寸、数量、钻压、转数、洗井液排量等。 ②钻井液性能； ③水力参数设计； （5）固井工程： ①固井要求； ②套管柱强度设计； ③水泥浆性能参数设计； ④流变学注水泥浆设计； （6）油气井压力检测； （7）环境保护要求 （8）成本及材料预算； （9）技术经济指标及时效分析。
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3．钻头资料 收集 3～5 口设计区块的全井实际钻头使用资料，包括每只钻头的类型，所钻地层井深、层、 段、主要岩性，钻头进尺、钻头工作时间，主要技术参数（钻压、转速、排量、钻井液密度） ，钻 头磨损特点，钻头成本。 4．钻井液资料 收集 1～2 口井的钻井液的资料，总结对分层钻井液性能的要求，使用过程中遇到的问题，如 何处理维护钻井液性能，全井钻井液材料及处理剂消耗情况，钻井液成本，钻井液净化系统情况、 数量、规格、使用效果和存在问题。 5．技术参数 收集 3～5 口井的钻井技术参数资料（钻压、转速、排量、钻井液密度、泵压、钻头尺寸） ， 同时，收集喷射钻井资料，钻具及井眼尺寸，钻头水眼尺寸，泵排量和泵压，喷射钻井的效果。 6．钻具结构资料 收集设计井油田的钻头尺寸与钻具尺寸的配合，常用钻具尺寸、类型、钢级、壁厚、国别、 合理使用钻具的措施，易斜井段所用的钻具结构的防斜效果，稳定器的使用情况。 7．压力控制资料 包括设计区块各地层的地层压力值，所采用的附加压力数值，井口装置及防喷设备、规格、 类型，除气设备，除气措施。 8．套管柱设计及注水泥 收集设计井油田所用的各种载荷的安全系数、设计方法，实际套管柱的区域、套管柱下部结 构，所用注水泥措施（替钻井液速度，隔离液、水泥浆密度，速凝剂，缓凝剂，放压与环空蹩压 候凝，注水泥计算，水泥量附加数，井径扩大情况，注水泥泵压的计算方法，提高固井质量的措 施与方法。 ）
塔里木地区超深井钻机配置
塔里木地区超深井钻机配置陈世春;张晓东;梁红军;任雅婷;李国芳【摘要】钻井装备的制造及配套直接关系到勘探开发水平和钻井效益.为给定的井选择合适的钻机,对实现技术经济和社会效益,完成既定的油气勘探目的都具有十分重要的意义.根据塔里木地区超深井的实际情况进行了钻机优选,得到了优选配置方案,并提出了改进意见.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2010(039)004【总页数】6页(P48-53)【关键词】超深井;钻机;配置;选择【作者】陈世春;张晓东;梁红军;任雅婷;李国芳【作者单位】塔里木油田公司第四勘探公司,新疆,库尔勒,841000;西南石油大学,机电工程学院,成都,610500;塔里木油田公司勘探事业部,新疆,库尔勒,841000;西南石油大学,机电工程学院,成都,610500;塔里木油田公司第四勘探公司,新疆,库尔勒,841000【正文语种】中文【中图分类】TE922从我国陆地油气资源分布格局来看,东部老区作为国内石油资源主力产区,浅层和中深层的勘探程度较高,深层及超深层探明程度很低,具有很大的石油资源潜力;中部地区是天然气富集区,有超过1/2的天然气资源量在深部地层;西部地区是国内石油产量的主要战略接替区,近70%油气资源埋藏在深部地层。
因此,深井、超深井钻机将起重要作用。
根据塔里木地区超深井情况,进行了深井、超深井钻机优选配置和结构改进。
钻机配置是根据给定的钻井工程设计,优选出经济、合理的钻井设备。
以塔里木某井为例,分析塔里木地区超深井钻机的配置选择。
塔里木某井设计井深7 600 m,目的层压力系数高、压力大、泥浆密度高,对井控要求高,属于“三高”井。
从井身结构(如表1)可看出,井眼尺寸大,大尺寸套管下入深。
基本钻井参数和套管设计如表2～3。
2.1 提升设备提升系统的作用是起下钻杆柱更换钻头、下套管柱控制钻头钻进等,因此提升系统必须能够承受钻杆柱和套管柱的重力。
2.1.1 最大钻柱重力提升系统要承受钻杆柱重力,即钻杆柱重力≤钻机最大钻柱重力。
石油钻井钻前工程
石油钻井井架工安全技术培训
二、角钢 三、六角头螺栓
石油钻井井架工安全技术培训
（9）8根绷绳拉力均匀、松紧适度。 4、天车及天车梁质量标准 （1）天车质量标准 （2）天车梁质量标准 七、A型井架及底座安装质量要求 （1）井架及底座按钻机总装图要求安装。 （2）井架及底座各部连接件、坚固件齐全、坚固，且 规格符合要求。
石油钻井井架工安全技术培训
且规格符合要求。 （3）井架及底座上装配的梯子、栏杆、台板等各类辅
石油钻井井架工安全技术培训
（2）井架底座在吊运过程中，严防构件的任何变形， 单杆件应捆扎成束进行吊装运输。
（3）井架底座在安装时应注意上齐所有的螺栓、卡子、 销子等。
（4）井架底座安装后，顶面四角水平误差不超过 ±3mm，两对角线交点与井口中心重合，两条中心偏差小 于±3mm，，水平位移小于10mm。
六、塔型井架安装质量要求 1、井架主体质量标准
石油钻井井架工安全技术培训
（1）井架大腿要直，全长弯曲度不大于20mm。 （2）拉筋平直、齐全，无扭曲、断裂和严重锈蚀现象。 （3）立柱连接板齐全，规格型号符合图纸要求，并与 立柱靠实，不留空隙。 （4）使用规定型号的螺栓，做到“三靠一平”。 （5）各角角撑装齐上牢。 （6）主体上所有部件不允许随意气割螺孔或另外加连 接板。
石油钻井井架工安全技术培训
钻前工程
第一节 井位、井场与道路 一、井位的选定 二、道路的勘测 三、井场的布置 四、井场与井场道路的选择原则 五、井场与井场道路土方施工注意事项
石油钻井井架工安全技术培训
第二节 钻前工程施工质量要求 一、井场（井台）土方施工质量要求 二、井场道路土方施工质量要求 三、混凝土基础浇注施工质量要求 四、预制（活动）基础现场摆放质量要求 五、常用塔型井架底座安装质量要求 （1）井架底座吊装前要检查各构件是否平直、无扭斜、 无断裂。
底座的设计要点(彭太锋)
底座的设计要点底座作为石油钻机、修井机的主要部件，在钻修作业过程中既要满足承受静、动载荷的要求，又要满足相关钻井设备的安装与连接要求，同时为钻修作业提供必要的操作空间。
底座是相对独立的结构件，其设计一是要满足钻机（修井机）技术协议内容要求，二是要符合石油行业相关标准和规范，三是要结合工厂实际的加工制造和装配水平。
一、底座设计主要参照的标准：1、API Spec 4F 《钻井和修井井架、底座规范》2、API Spec 8A/8C 《钻井和开采提升设备规范》3、SY/T5025 《钻井和修井井架底座规范》4、SY/T 6408 钻井和修井井架底座的维护和使用》5、ANSI/AISC 3605 《美国钢结构规范》二、底座的结构型式：底座的设计通常是和钻机的总体方案设计紧密联系在一起的。
在钻机总体方案设计中，井架、底座方案通常作为整体考虑，结构要满足传动设备的安装和连接等要求。
在共同兼顾的过程中，目前钻修设备井架、底座已形成形式多样的结构。
按照结构形式及起升安装方式来分，主要有以下几种：(一)箱叠式箱叠式底座主要由左右箱座及钻台构件组成。
为满足钻机底座高度及运输要求，根据钻机级别加大，箱叠式底座结构层次也逐渐增多。
在9000m钻机上，底座为12m高，其箱座一般分为四层。
在深井、超深井钻机中箱叠式结构的底座使用较少，通常使用4000m以下的模块钻机中。
(二)弹弓式弹弓式底座是根据平行四边形机构的运动原理，利用钻机绞车的动力通过游吊系统拉动底座起升大绳或通过专配动力拉动底座起升绳系，使底座及台面设备从低位整体起升到工作位置的结构。
(三)旋升式旋升式底座结构的显著特点在于井架支脚位于底座的下基座中，在保留弹弓式底座平行四边形机构运动原理的同时，克服了弹弓式底座稳定性相对较差的缺点，该型结构包括井架扒杆起升和人字架起升两种。
1.扒杆起升的井架、底座：扒杆用来代替传统的井架人字架，且只承担对井架的起升，扒杆重量比人字架要轻，另外井架下段可作为底座的一部分，该结构源于美国。
石油钻机开孔施工方案模板
石油钻机开孔施工方案模板
一、工程概况与目标
工程背景
项目名称：XX油田石油钻机开孔工程工程地点：XX省XX市XX油田项目目的：为了提升石油开采效率，需在该油田实施钻机开孔作业。
目标设定
完成预设数量的开孔任务确保施工过程安全、高效达到预期的石油开采效果二、设备选择与配置
钻机型号：选择适用于该油田地质条件的钻机型号辅助设备：包括泥浆泵、发电机、钻杆、钻头等设备配置：根据施工需求，合理配置设备数量，确保施工连续性三、开孔位置与时间选择
位置选择：根据地质勘探数据，选取最佳的开孔位置时间选择：避开雨季和极端天气，选择适宜的施工时间段四、施工前准备工作人员培训：对施工人员进行安全培训和技术培训现场勘查：对施工现场进行详细勘查，确保施工环境安全材料准备：准备充足的施工材料和备用件五、钻孔施工步骤
钻机安装与调试开孔定位与标定钻孔作业泥浆循环与冷却钻孔记录与监测
六、安全管理与措施
安全制度：制定并执行严格的安全施工制度人员安全：配备安全防护装备，确保人员安全设备安全：定期对设备进行安全检查和维护七、质量控制与检测
施工标准：遵循国家和行业的相关施工标准质量检测：对钻孔质量进行定期检测，确保施工质量八、完工验收与后期维护完工验收：按照施工合同和相关标准进行完工验收后期维护：定期对钻孔进行维护，确保长期稳定运行请注意，上述施工方案模板仅为参考，具体施工方案应根据实际工程情况进行调整和完善。
海洋石油模块钻机井控系统设计
901 设计目的在钻井作业过程中，井控系统既能够有效控制井涌、井喷等突发情况，又能保护好油、气、水层，顺利完成井下作业施工，保证钻井作业的安全进行；同时，井控系统也是保证钻井作业人员自身安全、钻井设备财产安全、保护海洋环境的重要条件。
2 设计基础井控，顾名思义就是井涌控制和压力控制。
是利用一定的技术手段控制地层孔隙压力，使作用于井筒内的钻井液液柱压力始终大于地层孔隙压力，防止地层孔隙压力过高，造成井喷、井涌等意外情况，保证钻井作业的顺利进行。
井控系统设备需满足地层压力要求。
以南海某平台7000m模块钻机为例，配备一台压井泵，操作压力为69MPa；防喷器，操作压力69MPa；节流压井管汇，操作压力为69MPa；液气分离器，操作压力为常压。
3 井控系统流程及设备选型设计3.1 井控系统流程井控系统流程见图1。
图1 井控系统流程图当井筒内地层压力发生异常，迅速开启压井泵，通过压井管线向井筒内注入压井液，同时，迅速开启节流压井管汇的节流阀快速泄压，保证井筒内的钻井液液柱压力大于地层孔隙压力，防止井涌、井喷等事故发生。
当井底压力稳定后，井底被污染的钻井液通过节流管线被替换出来，被污染的钻井液中的固体泄放至泥浆回流槽，经振动筛等固控设备处理后回收利用；气体经过液气分离器碰撞、沉降分离后，气体放空到天车以上4m，液体返回至振动筛进行筛分处理。
其次，通过节流阀得快速泄压能够起到保护防喷器组的目的。
3.2 主要设备选型设计1）压井泵。
目前，海洋石油模块钻机压井泵一般都选用的是柱塞泵，压井泵出口压力选取原则是要高于最深层地层压力。
根据《SY /T 6918—2012 石油天然气行业钻井和修井设备 钻井泵》规定：压井泵出口压力分为5个级别：20.7 MPa、27.6 MPa、34.5 MPa、51.7 MPa、69 MPa。
由于本文介绍的模块钻机所在油田地层压力最高为55Mpa，故选择压井泵的出口压力为69 MPa。
钻机主要设备安装使用技术要求
钻机主要设备安装使用技术要求钻机是石油勘探开发的重要设备，钻机主要设备安装使用技术要求较高，关系到钻机的工作效率、安全生产等方面。
下面将从钻机主要设备的安装和使用两个方面介绍其相关技术要求。
一、钻机主要设备的安装技术要求1. 钻井台安装要求：钻井台是钻机的核心设备，其安装要求是确保井口平面与地面平行，钻井台底座与地基稳固连接。
安装时要根据现场地形地貌条件确定钻井台的位置，并采取适当的固定措施，确保钻井台的稳定性。
2. 驱动系统安装要求：钻机的驱动系统包括主驱动机械、变速器、传动轴等。
其安装要求是各部件之间连接紧固可靠，传动机构符合设计要求，各传动系统的轴线与轴心线之间的偏差小于允许范围。
3. 钻杆封闭系统安装要求：钻杆封闭系统主要包括井口活塞、井口密封器、井口导杆等部件。
其安装要求是活塞直径与井杆直径配套合适，活塞安装在导杆内时，活塞与导杆的配合间隙不超过允许范围，井口密封器的压紧力适中，能够确保井口的密封性。
4. 钻柱系统安装要求：钻柱是钻机上的重要部件，其安装要求是保证钻柱的垂直度、高度一致性和稳定性。
安装时需要使用专业设备进行钻柱的吊装、定位和调整，钻柱的连接要求精确、可靠。
5. 钻压系统安装要求：钻压系统是控制钻柱下压力的重要部件，其安装要求是确保钻压系统各部件的连接可靠，油管、油口和油嘴之间的配合间隙符合设计要求，同时需注意钻压系统的液压系统的泄漏问题。
6. 钻杆系统安装要求：钻杆系统是钻机的另一重要部件，其安装要求是确保钻杆与钻杆接头之间的连接可靠，杆柱之间的配合间隙符合规定，同时需注意钻杆系统的平衡和稳定性。
7. 钻井液循环系统安装要求：钻井液循环系统是钻机上的重要部件，安装要求是为确保钻井液顺利循环，系统的泵浦、管路和阀门连接可靠，泵浦的选择要符合钻井液性质和井筒深度的要求，管路和阀门的布置要合理。
二、钻机主要设备的使用技术要求1. 钻台使用要求：钻台使用期间要保持水平，井口平面要保持与地面平行，井口活塞和井口密封器要保持良好的密封状态。
8000 m四单根立柱自动化钻机研制
3） 立根排放系统。钻台机械手、四单根二层 台排管装置、三单根二层台排管装置配合作业，实现 立根在二层台、井口之间的移送和排放。四单根二 层台排管装置机械手为复合式机械手，对钻杆采用 悬持移运方案，对钻铤采用推扶移运方案。四单根 二层台设悬挂台，对小钻具四单根立柱采用悬挂方 案进行排放。
1国内外现状
前苏联曾在塔式井架上尝试过四单根立柱 施工，未见后续推广应用。中国石油集团于2012 年启动陆地“四单根立柱超深井钻机研制与现场 试验”项目，研制了四单根立柱钻机原理样机，试 验证明可以缩短起下钻时间，减少复杂事故，四 单根立柱施工可成为深井超深井钻井提速、提效 的一种新途径［45］ o该钻机对于0127 mm（5英 寸）钻杆和大于0114 mm（4江英寸）的钻铤搬移、 靠放稳定［6'8］,但对于小钻具不能实现四单根立 柱施工，降低了整体提速效果；管柱自动化系统 的铁钻工和钻台机械手等主要设备还都是手动 控制或者手持遥控盒在司钻房外操作，尚未完全 集成至司钻房［9］,系统集成控制程度不高；钻机 部件有待优化结构、减轻质量、提高性能。
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石油矿场机械
2021 年7 月
1 —排管架；一动力猫道；3 —液压站；4—司钻房；5 —悬挂台；6—四单根二层台排管装置； 7 —三单根二层台排管装置；8 —缓冲机械手；9 —钻台机械手；10 —铁钻工；11 —泥浆盒。 图3管柱自动化系统
1） 管柱输送系统。采用液压排管架、动力猫 道、缓冲机械手配合作业，完成钻井管柱从地面到 井口中心的自动化输送，实现地面排管区的无人 值守。
最大钩载
5850kN
最大钻柱载荷 绞车输入功率
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石油钻机钻台基础的设计方案
摘要:近年来，随着世界整体科学技术以及机械技术的发展，人们对于石油的需求量正在不断增多，在石油开采过程中会存在许多影响正常工作的问题。
本文将从石油钻机在实际工作过程当中基础受到的受力种类以及各种不同的载荷情况方面入手，对基础底面的设计载荷以及钻台的基础设计进行简要分析，并总结了相应的计算方式。
关键词：石油钻机钻台设计钻台设计方案
石油工作在实际工作过程中，因为石油钻机会受到各种形式的载荷，而钻台本身也会被垂直载荷、周期性的变动载荷以及往复性的运动载荷等诸多方面的载荷关系。
本文主要针对石油钻机的具体工作，将目前经常会使用到的钻机工作情况以及载荷情况进行详细的分类，通过该方式来确定设计过程中需要掌握的最大载荷量。
想要得出精确的地基承载力数值，就必须根据施工现场的地层载荷材料以及当地地层土当中的抗剪强度进行综合性的确定，在计算出相关数值之后，便可以进行最大设计载荷以及地基承载力的计算，而且可以得出相对稳定性。
一、载荷组合
进行载荷的组合设计主要就是想要在钻井工作进行过程当中，让钻机具有最大的钻井作用力，以此计算出基础底面位置极限设计载荷，并且该载荷数值会受到垂直载荷以及垂直载荷在发生的过程中产生出的最大弯矩的影响，所以想要明确该载荷，就必须掌握最大的垂直载荷、水平载荷等诸多方面因素，才可以确定详细数值[1]。
最大的垂直载荷本质就是钻机自身的最大起重力、施工井架自身重量并且要计算出井架上方搭建设备的总体重量，在实际工作中，许多工作人员会忽视掉钻台上方设备自身的重量以及立根的重量，导致计算结果不够精确[2]。
具体的计算方式为：在该公式中，F1代表现场最大垂直载荷量，而M、N以及Fmax都是大钩上方可以施加的极限重量，而MN、wjj以及Wts分别代表了施工现场的井架自身重量、钻台自身重量以及井架上方施工设备的具体重量。
其中最大的水平载荷就是井架立根部分实际受到的载荷。
想要明确载荷组合，就必须先明确最大弯矩。
所谓最大弯矩就在是施工过程中垂直偏心的载荷在工作中产生出的弯矩以及常规水平载荷产生出的弯矩二者的和，通常情况下我们可以将其记为该公式中，Mmax即为最大弯矩，而MN·m代表井架上方设备的载荷量，h1代表钻台上方设备的载荷量，h2代表井架上方的风载作用点而h3与h4则分别代表立根位置的风载作用以及井架上方的风载作用[3]。
二、载荷确定
石油钻机属于构造及作用原理都比较复杂的一整套机组，因为石油机组所在的位置环境不确定，所以实际施工过程中受到的载荷种类比较多。
根据以往工作经验来分析，常规情况下可以通过判断钻机实际工作情况来估算出钻台基础所要
承受的载荷量。
在起钻操作系统刚刚启动时，会加速钩载的动载水平，并且在进行下钻操作刹车的时候，也会根据不同情况产生比较明显的动载，静载与动载相结合，便组成了最大的钩载量[4]。
在发生卡钻事故的时候，需要考虑到拔钻杆拉力的问题，该拉力以钻杆将载荷拉断的力量为极限，是根据钻杆使用刚才的最小屈服强度进行判断的。
在下套管的时候，尺寸比较大的技术套管柱重力或者是比较深的油层下方柱重力都需要注意。
在下套管的过程中，有时会遇到阻力，这种情况下需要将套管上提，方便通过阻力区，这时大钩上体的载荷量以及套管柱断裂的载荷量仅能承受最佳状态时的80%。
如果施工现场井深>2500m的时候，套管柱自身断裂载荷量比较大，而且该载荷方向属于垂直向下的载荷方向，自身作用点是基础几何中心位置。
井架的自身重量以及井架上方设备自身重量、钻台上方设备重量等都需要在明确钻台、轿车以及各种操作装置之后才可以确定。
该载荷方向整体呈垂直向下的角度，并且自身作用点因为所处位置不同，所以存在一定的差异。
项目中偏心载荷可以直接转换成垂直的轴心载荷以及弯矩。
立根载荷在井深最大的时候，起钻过后所有立根都会放置在钻台上，这时便会产生一定的垂直偏心载荷，该载荷必须转换成轴心载荷以及弯矩。
钻机在工作过程中会产生振动载荷，并且振动载荷自身比较复杂且大小要小于静载荷，常规计算过程中会忽略掉这一载荷量，但是为了保证计算结果的精准度以及施工安全，可以将其视为一定的安全系数予以计算分析。
风载荷在井架和基础等方面都会存在一定程度上的倾覆力矩，这一情况会直接影响井架基础，造成井架的基础压力一面不断增高，一面不断降低。
风载的大小需要通过物体承受锋利的面积以及风压来确定，整体作用方向属于水平方向，并且可以将其转换成水平载荷以及弯矩[5]。
三、确定地基高度
通常情况下地基的高度均由地面以及地下两部分决定，将地面的高度与地下的高度加在一起，便可以得出相应的准确值。
地下高度一般会受到设备性质、工程所在地土壤冻结程度以及地基压力等诸多方面的影响，而地面上的高度一般会受到施工工艺、施工条件以及各种施工器械的影响。
四、基础顶面积
基础面积可以取轴心载荷的近似值来进行计算。
因为施工过程中混凝土自身抗压程度要明显优于普通土壤的抗压程度，所以基础顶面不会参与到实际计算中，所以将直接受到钻机底座尺寸的影响。
因为底座有这一特性，所以在施工的时候只需要将其加高10-18CM便可以进行正常施工。
五、稳定性验算
在进行稳定性验算之前，需要对地基承载能力以及基础的尺寸进行计算，之后便可以进行稳定性计算。
通过稳定性计算来杜绝井架、钻台以及各项基础的倾覆情况，保证稳定力矩以及倾倒力矩整体比值要明显大于施工要求的安全系数，而倾倒力矩自身会受到风载以及振动载荷的影响，而稳定力矩会受到垂直载荷的影响，所以在进行计算的过程中，需要考虑到最小的垂直载荷以及最大的水平载荷自身的数值[6]。
结束语：现代石油行业发展迅速，为了保证工作的安全，完善石油钻机钻台基础设计是当前迫切需要解决的问题。
钻台基础设计都是围绕着轴心载荷设计进行的，所以通过该方法进行设计的钻台基础通常情况下均可以满足实际工作的需要，但是在施工过程中如果存在特殊的土壤层，就需要进行针对性处理。
本文主要通过压弯荷载以及地基承载力数值等方面进行基础面积确定，希望可以给该行业的发展带来实际帮助。
参考文献：
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