湿蒸汽沿注汽井井筒的压降和传热规律分析
湿蒸汽沿注汽井井筒的压降和传热规律分析
湿蒸汽沿注汽井井筒的压降和传热规律分析
摘要:在湿蒸汽热采过程中,精确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽压力,温度,和干度等参数的变化,对整个生产过程都相当重要。
本文根据传热和两相流动原理,建立了井筒注蒸汽的数学模型,把井筒热传递可合理地分解成井筒内稳态传热和地层内非稳态导热两部分,并选择B-B法求解摩阻压降,用Ramey方法计算井筒内湿蒸汽的传热量。
关键词:井筒压降传热计算湿蒸汽
一、前言
1.研究的目的和意义
在注蒸汽热力采油中,井筒热损失的大小直接影响到注入井底的是饱和蒸汽还是水,或者影响到注入井底的湿饱和蒸汽的干度,从而决定着热采效果的好坏。
蒸汽干度是影响蒸汽吞吐开采效果的主要因素。
在总的蒸汽量相同的条件下,蒸汽干度越高,回采期原油峰值产量越大。
在现场操作中尽可能保证注入蒸汽的干度较高。
原因主要是:在相同注入汽量下,蒸汽干度越高,加热油藏的体积越大;由湿饱和蒸汽性质知,在相同压力下,干度越高,比容越大,这种影响在高压油藏比较明显。
同时,井筒热损失的大小与油藏吸汽能力之间存在着协调关系,即井筒的热量损失和压力影响注汽速率,而注汽速率的改变又将导致井筒的热量损失变化,所以在注汽开采稠油过程中,最关键的技术之一是减少蒸汽在井筒中的热损失,减少井筒摩阻压降损失,以保证注入井底的蒸汽干度较高。
二、井筒压降计算
计算气液两相流压降的Beggs-Brill方法
稠油注蒸汽中的工作介质是湿蒸汽,即水和水蒸汽的两相流,或者说是气液两相流,两相流还包括气固两相流,如输送煤粉管道中空气和煤粉,烟气管道中气体和固体颗粒;还有液固两相流,如水煤浆的水与煤粉等。
这里只涉及气液两相管流。
Beggs-Brill方法是流型模型中的一种计算两相流特征的方法,是Beggs博士论文的核心内容,发表在1973年。
Beggs在一套长达27.4m的透明的聚丙烯管中进行的两相流实验,介质为空气和水,管径有2.54cm和3.81cm两种。
管子可以倾斜,角度变化为-90 —+90 ,其中-90 为气液垂直向下,+90 为气液垂直向上,0 为气液水平流动,总共作了584次实验,空气和水的流量可以分别变化,因此可观察到各种流型。
三、井筒传热计算
与地面输汽管线比较,蒸汽在注汽井井筒内流动和散热更为复杂,井筒径向尺寸小,蒸汽通道更小,沿着井深增加,周围地层温度随着增加,沿井深散热也随之变化,更需要分段计算这些参数的变化。
1.注汽井井筒中蒸汽参数变化
蒸汽从注汽井井口自上而下注入,沿程因摩擦阻力会使压力下降,但垂直位置△z产生重位压差,使压力增加;蒸汽在△z距离内由于其温度远大于地层温度,径向有热量损失qI。
与地面输汽管线相仿,动量方程与能量方程相耦合,也必须分段采用数值求解方法。
2.注汽井井筒热损失qI
注汽井井筒结构从中心向外依次有隔热油管、环形空间、套管、水泥环和地层。
蒸汽由隔热油管的内管注入,不计及轴向热量的传递。
由于蒸汽温度t0远大于地层温度tf,因而有径向热损失,以qI表示(W/m)。
水泥环外侧地层为一半无限大空间,有极大的热容量。
由注汽井中心传递过来的热量只能慢慢的加热水泥环外侧地层,不可能使远处的地层温度升高,因而总的传热过程是非稳态的。
非稳态的传热计算比较复杂,因而设想把该问题作合理的简化;从中心到水泥环的传热假定是稳态的传热过程,从水泥环到远处地层的导热假定为非稳态导热。
稳态传热和非稳态导热都可以用简单的公式计算。
2.1蒸汽至水泥环的稳态传热
也可以写成以内油管外表面积为基准的传热公式,即:
传热系数k2为:
2.2 水泥环至远处地层的非稳态导热
非稳态导热的热流可以求解半无限大物体的非稳态导热微方程式得到的。
许多学者研究表明,用拟稳态导热公式表示,有足够的精度,不会产生很大的误差。
2.3传热系数k2的计算公式
如果能够求出和,就可以用稳态传热公式 = 计算。
并可以由能量方程求出处的;用两相流压降公式已经可以计算处的,就可以把处的其他蒸汽参数,等都一一得到;处的蒸汽参数作为下一个的初参数,用相似方法求出第二个处的蒸汽参数;以此类推,一直计算到油层入口为止。
四、结论
计算结果表明注气速率较小时,重位压降大于摩阻压降,压力从井口至井底逐渐增加;当注汽速率达到某一数值时接近等压注入;注入速率继续增加则由于摩阻压降大于重位压降的增加,压力逐渐降低。
但干度由于径向热量的散失,而逐渐减小。
随着注汽时间的增加,由于地层导热趋于稳定,散热量减少,井底干度增加,但时间越长,增加量越小。
对于湿饱和蒸汽,由于某一状态的压力对应于确定的温度,所以温度的变化趋势与压力相同。
随着注汽速率的增大,蒸汽沿井筒的热损失所占的百分数减小,干度下降的梯度越来越小,井底的蒸汽干度也就越大。
在较高压力下注汽对吞吐效果的影响主要取决于生产压差下回采,注入压力对吞吐效果的影响并不小。
相同压差下回采,注入压力对吞吐效果的影响并不大。
因此,应尽力降低注汽压力,以保证有足够的注汽速度为下限,在注汽速度下有足够高的井底蒸汽干度。
不可追求过高的注入压力及注汽速度,要严格防止超高压、超高速注汽导致产生油层压裂窜流。
注汽速度要适当,太低井筒热损失过大,太高则可能使注汽压力过高而超过油层破裂压力而压开油层,形成微裂缝,导致油层中蒸汽窜流的不良后果。
提高注汽速度有缩短油井停产注汽的时间,有利于增加增产效果。
注汽速度降低,将增加井筒热损失率,导致井底干度降低,从而减小吞吐效果,这是决定注入速度不能太低的主要因素。
注汽速度的选定与注汽压力的选定要相联系,注汽速度既不能太低,低到井筒热损失太大导致井底蒸汽干度过低,又不能过高,要限定在不能造成油层被压裂。
一般而言,在尽量采用高质量隔热油管条件下,将注汽速度选定在4t/h以上,但最高不能超过油层破裂压力为上限。
不论深井、浅井,尤其是浅层油井,超高速和超高压注汽,都会引起油层被压裂,造成裂缝性蒸汽窜流,使蒸汽吞吐后期轮次及蒸汽驱开采阶段的效果恶化。
注注汽井口干度较大时,摩擦阻力较小,重位压降大于摩阻压降,井筒内蒸汽压力沿井深逐渐增加,井筒隔热油管好坏直接影响井筒内湿蒸汽热损失率,所以注汽工艺参数优化设计时尽力提高注汽井口干度,尤其是采用最好的井筒隔热技术措施。
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计算气井井筒温度分布的新方法
计算气井井筒温度分布的新方法
毛伟;梁政
【期刊名称】《西南石油大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】1999(021)001
【摘要】气井井筒的温度分布计算对于气井设计及其动态分析具有重要意义,通过对井筒温度分布的预测,可以提高井筒压力预测的精度.在假设井筒中的传热为稳态传热,井筒周围地层中的传热为非稳态传热的条件下,根据能量守恒定律建立了计算气井井筒温度分布的数学模型用取自文献中的数据对所建模型进行验证,结果表明所建模型与实际情况吻合较好,能够满足工程的需要.
【总页数】3页(P56-58)
【作者】毛伟;梁政
【作者单位】西南石油学院油建系,四川南充637001;西南石油学院油建系,四川南充637001
【正文语种】中文
【中图分类】TE375
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预测井筒压力及温度分布的机理模型
比焓梯度dh 由下式计算[1] dz
dh dz
=
Cp
dT dz
-
C
p
ΑJ
dp dz
,
式中, C p 为流体的定压比热, J (kg
汤姆逊系数, K Pa; 对于气体[2]
(5) K) ; ΑJ 为焦耳 2
ΑJG =
1 CpG
1 ΘG
T Zg
5Z 5T
,
(6)
对于液体, 其压缩系数非常小, 可以近似认为液体不
0. 629 0. 644 0. 666 0. 698
0. 820 0. 842 0. 872 0. 910
1. 050 1. 080 1. 110 1. 150
1. 400 1. 440 1. 480 1. 520
1. 690 1. 730 1. 770 1. 810
2. 000 2. 050 2. 090 2. 120
可压缩, 则
ΑJL = - C p1L ΘL.
(7)
根 据假设条件, 可得单位长度控制体在单位时
间内的热损失为[3 ]
q=
2ΠrtoU tok e rtoU tof ( tD ) +
ke (T f -
T ei).
(8)
式中, T f 为流体温度, K; T ei 为地层初始温度, K; U to
为总传热系数,W (m ℃) ; rto 为油管外径, m ; ke 为
2. 440 2. 480 2. 510 2. 540
2. 770 2. 810 2. 840 2. 860
5. 00 0. 373 0. 511 0. 745 0. 958 1. 200 1. 560 1. 840 2. 150 2. 560 2. 880
水平井注蒸汽传热和传质分析
水平井注蒸汽传热和传质分析
徐明海;任瑛
【期刊名称】《石油大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】1993(017)005
【摘要】利用质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理,推导了水平井注蒸汽过程中,水平井段内汽液两相变质量流的数学模型,并用数值解的方法计算了水平段内蒸汽质量传递和热量传递的规律。
结果表明,在注汽参数一定的情况下,水平井段各处吸入蒸汽数量和热量并不相等,蒸汽压力沿井筒变化不大,但干度变化较大。
一定完井条件和油藏条件下,随注汽参数的改变,会有三种情形发生:(1)蒸汽只能达到水平井的上半部而不能到达井底;(2)蒸汽刚
【总页数】6页(P60-65)
【作者】徐明海;任瑛
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.44
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水平井注过热蒸汽井筒沿程参数计算模型
水平井注过热蒸汽井筒沿程参数计算模型范子菲;何聪鸽;许安著【摘要】针对传统注普通湿蒸汽水平井筒沿程参数计算模型不适用于注过热蒸汽井筒的问题,根据质量守恒、动量守恒和能量守恒定理,在考虑过热蒸汽传输过程中相态变化的基础上,建立了水平井注过热蒸汽井筒沿程参数计算模型.利用模型对哈萨克斯坦库姆萨伊油田1口水平井注过热蒸汽过程中的井筒沿程温度、压力及干度进行了计算,结果与现场测试数据吻合较好,验证了模型的准确性.利用模型进行沿程参数影响因素分析可知,注汽速度越大或蒸汽过热度越高,相态变化位置距水平井跟端距离则越远,但当注汽速度大于8t/h、井口蒸汽过热度大于80℃以后,提升注汽速度和蒸汽过热度对增加相态变化位置距水平井跟端距离的作用不再明显.在沿水平井方向渗透率逐渐增大的条件下,蒸汽温度下降速度最慢,相态变化位置距水平井跟端距离最远.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2016(043)005【总页数】7页(P733-739)【关键词】稠油;水平井;过热蒸汽;蒸汽相态变化;沿程参数;计算模型;注汽速度【作者】范子菲;何聪鸽;许安著【作者单位】中国石油勘探开发研究院;中国石油勘探开发研究院;中国石油勘探开发研究院【正文语种】中文【中图分类】TE345对饱和蒸汽定压加热,蒸汽温度将继续升高,这时的蒸汽称为过热蒸汽[1]。
与普通湿蒸汽相比,过热蒸汽具有高干度和高热焓的特点,在地层中能增加加热效果和扩大驱替体积,因此注过热蒸汽已成为开采稠油的一种有效技术[2-5]。
文献[6-10]建立了直井注过热蒸汽井筒沿程压力及温度分布计算模型。
在水平井注过热蒸汽过程中,从注汽井口到水平井跟端的直井段仍可利用上述直井模型计算沿程参数分布,但在从水平井跟端到趾端的水平段,蒸汽沿水平段的质量流量变得越来越小,因此无法利用直井模型计算水平段的沿程参数分布。
文献[11-13]建立了水平井注普通湿蒸汽沿程压力、温度及干度分布模型,由于过热蒸汽与普通湿蒸汽的物理性质明显不同(过热蒸汽为单相流,普通湿蒸汽为气液两相流),因此该模型不适用于水平井注过热蒸汽过程。
气井井筒温度、压力与积液综合预测模型
气井井筒温度、压力与积液综合预测模型李波;王军磊;宁波;苏海洋【摘要】气井积液是产水气藏开发设计和气井生产管理面临的重要问题,但目前对气井流动机理与携液预测还存在争议。
从气液两相流的基本流动机理出发,建立了考虑液滴变形和井斜影响下气井井筒的流型、温度、压力与携液综合预测模型,并用实际井数据对模型进行了验证。
结果表明,所建模型可用于直井、斜井和水平井的产水气井井筒温度压力预测,预测误差小于5%;在环雾状流动情况下,井筒内液体以液滴和液膜的形式被完全带出井口,不会出现井筒积液;对常规垂直气井,利用井口数据便能判断气井积液情况,Turner 模型计算气井携液临界值较实际值偏大,李闽模型计算结果明显偏小,建议采用彭朝阳模型计算气井携液临界值;对斜井和水平井,则需要同时考虑液滴变形和井斜的影响,水平井近水平段携液临界流速和流量明显较垂直井段小,而造斜井段携液临界流速和临界流量随井斜角的增大先增大后减小,在井斜角为30°~60°之间达到最大值,因此造斜井段是气井积液判断的重点部位。
%Accumulated fluid in gas well is a key issue confronted in development design of water-producing gas pools and pro-duction management of gas wells, but at present, there are controversies on flow mechanism and water carrying prediction in gas wells. From the basic flow mechanism of two-phase flow of gas and liquid, a comprehensive prediction model was built to predict the flow pattern, temperature, pressure and water-carrying in gas wells, and this model was verified using actual well data. The result shows that the model so built can be used to predict the wellbore temperature and pressure of water-producing vertical wells, deviated wells and horizontal wells, and theprediction error is less than 5%. Under condition of annular mist flow, the fluid in the wellbore is carried out of the wellhead completely in the forms of liquid drop and membrane, so no wellbore water shall be accumulated; for conventional vertical gas wells, the wellhead data can be used to determine the accumulated fluid in gas wells; the critical value of liquid carrying in gas wells calculated by Turner model is larger than the actual value, and that calculated by Li Min model is on the small side. So it is suggested that Peng Chaoyang Model be used to calculate the liquid-carrying critical value in gas wells. For deviated wells and horizontal wells, the effects of drop deformation and hole deviation should both be considered. The liquid-carrying critical flow velocity and flowrate in horizontal section in horizontal wells is obviously smaller than that in vertical wells, while the liquid-carrying critical flow velocity and flowrate in angle buildup section first increases with the hole drift angle, but then decreases, reaching the peak when hole drift angle is between 30°and 60°, so angle buildup section is a key place for determination of accumulated fluid in gas wells.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】7页(P64-70)【关键词】气井;压力;温度;积液;临界流速;临界流量;数学模型【作者】李波;王军磊;宁波;苏海洋【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TE37气藏以衰竭方式开采过程中,由于井底流压和产量不断降低,导致气井将出现井底积液,影响气井的正常生产和气藏最终采收率。
注蒸汽地面与井筒两相流压降及传热模型评价
作 者 简 介 : 赞(9 4 , , 徽 绩 溪 人 , 南 石 油 大 学 在读 硕 士 研究 生 , 究 方 向为 采 油 采 气 理 论 与 方 法 。 程 1 8 一) 男 安 西 研
・
7 ・ 3
程赞, 任淑 霞, 刘竞成 , 宋延 璋 , 王倩 : 注蒸 汽地 面与 井筒 两相流 压 降及 传 热模 型 评价
率 和摩 阻系 数
2 1 B g s Brl B 关 系 式 . e g& i l  ̄ 流
1 数 学模 型
根 据 质量 、 量守 恒可 得湿 蒸 汽流 动 的压力 、 动 干
收 稿 日期 : 0 9 1 _ 0 2 0 — l 1
B gs rl — 1 相 流 关 系 式 是 以 空 气 和 水 eg&Bi( B两 lB
湿 蒸 汽 两相 流 动较 为复 杂 , 注 蒸 汽 时蒸 汽 流 动 包 在
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式 中 : 重 力加 速度 ;
平 流动 和 下 降流 动 , 制 了湿蒸 汽 两 相 流 动计 算 软 编
2 湿 蒸 汽 压 力计 算
两 相流 是一 种相 当复杂 的 流动 ,本 文在计 算 两
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件, 并利 用现 场实 测 数据 对计 算结 果进 行误 差 统计 。 计算 结 果 表 明在 水 平 流 动过 程 中 , 种 方 法差 别 较 两
注蒸 汽 进 行稠 油 热 采 过 程 中 . 蒸 汽 两相 流 动 湿
考虑注汽井筒压力变化的热损失计算
王 霞 等 . 虑 注 汽 井筒 压 力 变 化 的 热 损 失 计 算 . 采 工 艺 ,0 6 2 ( )6 6 ,8 考 钻 2 0 ,9 3 :0 2 6
摘 要 :在 注 蒸 汽 热 采 过 程 中 , 简 中 压 力 的 变 化 必 然 导 致 井 筒 温 度 和 饱 和 蒸 汽 物性 参 数 的 变 化 。文 章 在 考 井 虑 注 汽 井 简 中压 力 变 化 的 基 础 一 建 立 了 井 简 综 合 传 热 数 学 模 型 , 井 筒 传 热 过 程 进 行 了计 算 。 计 算 结 果 表 明 , 卜, 对 为
、
j— 水 环
蒸 : l 汽
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・
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、
数 学模 型 的 建 立
图 l 井 简 结 构 示 意 图
1 假设 条件 .
2 井简 传热 数 学模 型 . 2 1 油 管 中心 至 水泥 环外缘 的传热 . 从 图 1 以看 出 , 以油 管 外 半 径 r 为 基 准 , 可 若 2 热 阻[] 可 写为 : R
目前 国 内外 研 制 成 许 多 井 筒 热 传 递 的 计 算 软
件 , 是 所有计 算 软件 都 假定 井筒 内 为稳态 传热 , 但 地
油
隔 热 套
管
管 管
层 内则 为非 稳 态 导 热 , 且 一 般 不 考 虑井 筒 中压 力 并
的变化 导致 饱 和 蒸 汽 物性 参数 的变 化 , 成 了井 筒 造 、
E —ma l s i WX 1 6 11 i wp : @ 2 01 21
利用SAM模型计算井筒压降及热损失
第十九期:利用 SAM 模型计算井筒压降及热损失 第十九期:利用 SAM 模型计算井筒压降及热损失注蒸汽开发稠油油藏过程中,需要预测沿井深和随时间变化的蒸汽温度分 布、干度分布和压力分布、套管和地层温度分布,以及焖井、开井生产过程中温 度、压力的变化。
CMG STARS 软件中的 SAM(Semi Analytical Model)半解析 模型运用传热学、热力学及流体力学等学科知识综合考虑了蒸汽流动过程中压 力、温度、干度和热损与压降的相互影响,对注蒸汽开发稠油油藏有一定的指导 作用。
具体有以下几个方面的应用: 1) 已知井口求井底:已知井口注汽参数(温度、干度及压力)和注汽管柱参数, 求取井底注汽参数; 2) 已知井底求井口:设定井底要达到的注气参数要求,反求井口的注汽参数指 标; 3) 井筒隔热参数计算:已知井口注汽参数和井底的注汽参数指标,计算井筒隔 热参数指标,例如隔热油管的热传导率等; 4) 采油井井口(泵深处)流体温度:对于采油井,SAM 模型可以计算井口(自 喷)或泵深处(下泵人工举升)的流体温度,从而为计算出产出流体(油) 的粘度,选择合适的举升方式; 5) SAM 模型计算的是从井口到第一个射孔上方(或反之)的温度、干度及压 力变化, 即该模型是完全管流计算, 不能计算射孔段。
而对于射孔段的温度、 干度及压力变化可以用*GRAV-FRIC-HLOS 方法(适用源汇模型的直井或水 平井)或 DW 离散井模型/FW 灵活井模型(适用于水平井) 。
SAM 模型可以 与 DW 模型或 FW 模型一起使用。
关于*GRAV-FRIC-HLOS 方法、DW 模型 以及 FW 模型的使用方法,会在后续的课程中继续讲解。
6) SAM 模型计算时有油藏模拟器同步求解,会增加模拟时间,建议用于小模 型的机理研究,而不要用于全油藏规模的热采模拟。
全油藏模拟在计算出典 型井的压降及热损失的情况后,直接给出井底注入参数。
水平井蒸汽驱井底压降数值计算
水平井蒸汽驱井底压降数值计算杨树人;范鲁煜;孙勇;孙启冀;史俊文【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2011(040)010【摘要】在蒸汽驱油过程中提高注汽速度,井口和井底管柱压力将大幅度上升,影响驱油效果.利用数值模拟方法研究了水平井蒸汽驱中注汽速度和蒸汽持液率、水平井小孔数量和孔径对井口和井底管柱压力的影响.计算结果表明,蒸汽注入量越大,井口和井底管柱压力越大;管壁上孔径越大,小孔数量越多,井口和井底管柱压力越小;注入蒸汽持液率越高,井口和井底管柱压力越大.适当减小注蒸汽速度和持液率,增加小孔数量和内径,能有效地减小井口和井底管柱压力.【总页数】4页(P37-40)【作者】杨树人;范鲁煜;孙勇;孙启冀;史俊文【作者单位】东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;中石油大庆油出有限责任公司,黑龙江大庆163414;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TE934.502【相关文献】1.底水砂岩油藏夹层抑制水平井底水锥进作用研究——以塔河油田三叠系砂岩底水油藏的水平井为例 [J], 李根;郑海妮;李雪;朱猛2.煤层气井排采初期井底压降的计算方法 [J], 司庆红;朱炎铭;曹新款3.射孔完井水平井加速度压降与混合压降模型 [J], 李华;彭小东;李浩;吕新东;陈玉玺4.水平井筒内压降对水平井向井流动态关系的影响 [J], 刘想平;蒋志祥;江如意;刘翔鹗5.齐40块蒸汽驱井组油层套管应力数值计算 [J], 余中红;檀德库;郑成立;陈捷;郑之初因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
注过热蒸汽井热力计算
注过热蒸汽井热力计算
盖平原
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【年(卷),期】2011(035)002
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【总页数】5页(P147-151)
【作者】盖平原
【作者单位】胜利油田,采油工艺研究院,山东,东营,257000
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