半潜式平台水下设备培训资料doc.docx

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半潜式平台水下设备培训资料doc

中海油田服务股份有限公司

CHINAOILFIELDSERVICESLIMITED

半潜式平台水下设备培训资料

半潜式平台水下设备的主要组成

■水下防喷器组及控制系统

■转喷器(分流器)及控制系统

■张力系统

■防喷器运送设备

■阻流管汇及专用工具

防喷器组的组成

从下至上的排列:

CAMERON\BOPSTACK.tif

■井口连接器

■下双联闸板防喷器

■上双联闸板防喷器

■下万能防喷器

■事故安全阀:

安装在闸板防喷器的侧出口

■防喷器组框架

■注意:

深水平台的闸板防喷器为三套双联闸板防喷器

以上组成,称为BOPSTACK(防喷器组-避台风时或应急情况时,留在海底)

LMRP(LOWERMARINERISERPACKGE)组成

■隔水管连接器

■上万能防喷器

■挠性接头

■防喷器控制盒:

安装在LMRP的框架上

■LMRP(LOWERMARINERISERPACKGE)框架

■水下储能瓶组(包括上万能防喷器的缓冲瓶)

以上组成,成为下部隔水管总成(避台风时或应急情况下,可以起出部分)

防喷器组各部件的原理和特性

井口连接器connector\H4CONNECTOR.tifconnector\MODEL70CONNECTOR.tif

■功能:

连接防喷器组与井口头(防喷器组坐在20″井口头上)

■制造厂家:

一般有CAMERRON、DRILLQUIP和VETCOGRAY(NH2、NH5平台有CAMERRON、和VETCOGRAY,NH6仅有DRILLQUIP、VETCOGRAY产品的钢圈槽为DX)

■通用性:

NH5平台和NH6平台可以互相通用

■原理:

通过液压控制,驱动锁块至锁紧和解锁功能

■液压控制方式:

第一解锁和锁紧(CAMERON公司的井口连接器只有一个锁紧功能)、第二解锁和锁紧(VETCOGRAY公司的井口连接器有二个锁紧功能)和ROV解锁(一般和第二解锁功能连接)

■解锁方式:

一般情况下采用第一解锁。

如第一解锁不能解锁成功,可以采用第一和第二同时解锁;如水下防喷器组控制系统失效,则可采用ROV带液压管线进行解锁

■锁紧和解锁的标准:

一般通过ROV和水下电视观察井口连接器指示杆的位置(井口连接器只有通过ROV观察),当然,也应考虑实施解锁和锁紧功能的液压流量是否达到厂家的推荐要求

■最大工作角度:

CAMERON公司的井口连接器为30°,VETCOGRAY公司的井口连接器为6°左右

■容易出现问题:

CAMERON公司的HC(15000PSI)井口连接器容易存在解锁困难,也就是液压系统不工作;VETCOGRAY公司的井口连接器容易存在连接器与井口头难于分开的现象

注意:

深水平台只能通过ROV来观察井口连接器的工作位置(不能采用水下电视观察)

深水平台的井口连接器应采用HEAVYDUTY的型号,即与井口头的锁紧力比常规连接器大

闸板防喷器HYDRIL\闸板\闸板芯子体.tifCAMERON\WEDGELOCK.tif

■工作原理:

通过液压驱动操作活塞的移动,来实施关闭和打开功能

■操作压力:

5″钻杆闸板和可变闸板的正常操作压力为1500PSI;剪切闸板的关闭压力应根据井内钻杆的尺寸和钻杆等级而调节,但不能高于防喷器控制系统的最大压力3000PSI

■一般配置:

两套5″钻杆闸板、一套可变闸板和一套剪切闸板

■闸板的悬挂能力:

5″钻杆闸板的能力一般为600KIPS,可变闸板的悬挂能力随着井内钻杆尺寸的变化而变化(尺寸越小的钻杆,悬挂能力越小)

■楔锁:

现半潜式平台有两种结构,一种为自动楔锁(HYDRIL和SHAFFER产品),另一种为楔锁CAMWERON产品),现CAMERON公司也有自动锁紧结构。

特点:

自动锁紧可以将闸板锁紧在任何位置(当操作压力失去后),楔锁只能锁紧的一个位置,也就是闸板完全关闭的位置

■注意:

深水平台可以配置试压闸板,目的为节约成本

■楔锁的使用:

避台风,关闭剪切闸板;悬挂钻杆后,而又没有关闭压力的情况下;闸板防喷器大修后,对闸板防喷器进行压力试压时

■特性:

只能承受来自井内的压力,但按照闸板防喷器的结构,也可承受反方向的压力,其压力值不能超过闸板的悬挂能力;井内压力对闸板有助封作用;操作压力不能太高,影响密封的使用寿命;闸板只能使用与相适应的钻具,不能关闭在钻具接头上

■橡胶件:

一般有三种:

天然橡胶(适用于水基泥浆,温度范围-35℃-+107℃)、丁腈橡胶(适用于油基泥浆,温度范围-18℃-+121℃)、氟橡胶(适用于油基泥浆,温度范围-18℃-+177℃,高温高压井使用该橡胶)。

储存寿命:

天然橡胶(2-4年)、丁腈橡胶(4-6年)、氟橡胶(8-10年)

万能防喷器HYDRIL\万能\hydrilannular.tif

■工作原理:

关闭压力驱动活塞上移,迫使芯子处于关闭在钻杆上,达到密封的目的。

开位压力驱动活塞下移,芯子依靠本身的弹性而打开

■万能芯子的结构:

加强筋外面浇注橡胶

■万能芯子的种类:

从结构上分有:

球形芯子(SHAFFER公司产品)、锥形芯子(HYDRIL公司产品)、星形芯子(CAMERON公司产品);从材质上分有:

天然橡胶(NR-适用于水基泥浆、温度范围-35℃-+107℃)、丁腈橡胶(NBR-适用于油基泥浆,温度范围-7℃-+88℃)、氯丁橡胶(CR-适用于油基泥浆,温度范围-35℃-+77℃)HYDRIL\万能\胶芯.tif

■特性:

可以封闭空井;关闭后,可以允许钻具旋转和允许钻具接头通过;井内压力对万能防喷器有助封作用,但助封作用的大小与防喷器的结构有关;球形芯子(SHAFFER公司产品)、锥形芯子(HYDRIL公司产品)可以在井内有钻具时更换芯子

■关闭压力:

由于万能防喷器的助封作用,为延长芯子的使用寿命,所以,其关闭压力应随着井内压力变化而变化(厂家提供关闭压力与井内压力的对照表)HYDRIL\closepressure.tif

■封空井:

由于封空井对芯子的影响很大,所以,一般不作封空井检验

■强行起下钻:

为保证钻具接头和钻杆通过芯子,而又保持密封和延长芯子的使用寿命,因此,在万能防喷器的关闭口(靠近防喷器附近)安装一个缓冲瓶和允许一点泥浆泄漏HYDRIL\万能\缓冲瓶.tif

■井内有钻具时更换芯子:

球形和锥形芯子可以在井内有钻具时更换,而星形芯子不能

■试验压力:

安装新芯子后,第一次可以试100%的工作压力,第二次起,一般不低于70%

■通径检验:

由于万能防喷器芯子的打开是依靠芯子的弹性而实施,因此,在地面试验后,应检查芯子是否缩径―――通过通径规或测量来实施(API16A规定通径规的外径和高度),以防防喷器下水后,各种大直径的工具无法通过,检验标准为打开万能防喷器15分钟后实施

隔水管连接器connector\MODEL70CONNECTOR.tif

■功能:

连接防喷器组,以便防台后或应急情况或修理后的回接

■特性:

如果采用VETCOGRAY的连接器作为隔水管连接器,其最大工作角度比井口连接器大(采用HIGHANGLE的型号)

■相似性:

其他功能与井口连接器相似

■应急脱开:

在紧急情况下,解锁隔水管连接器,利用隔水管张力器,提离下部隔水管总成,以便平台避开危险

挠性接头riser\flexjoint.tif

■功能:

安装在整套防喷器组的最顶部,可以偏向360度的任何一个方向,当平台与井口发生偏移时,减少隔水管和井口的弯曲应力

■最大偏移角度:

10度

■容易出现问题:

平台与井口出现偏移时,容易磨损挠性接头的抗磨环或本体。

由于挠性接头的主要部件为橡胶挠性体,因此,修理非常困难,有时也采用抗磨补心来解决偏磨的问题,但抗磨补心容易在下钻的过程中损坏,以致无法取出,无法下各种尺寸的密封总成等

事故安全阀failsafevalve.tif

■结构:

与阻流管汇高压一致

■特性:

采用液压控制,并且为常闭阀

■平衡腔:

配置平衡腔,利用海水压力,帮助事故安全阀处于关闭位置

■指示杆:

可以通过ROV观察事故安全阀的开关位置

■功能:

井喷后,通过事故安全阀来实施压井或放喷

注意:

深水平台的压井/放喷管线比常规防喷器组要多

防喷器组框架

■功能:

当下防喷器组时,起导向作用;当下LMRP时,起导向作用;可以用来打捞防喷器组;固定压井/阻流管线,避免试压时,造成管线弯曲;提供安装防喷器控制系统配件的空间;方便维修设备

LMRP框架

■功能:

提供安装防喷器控制盒的空间;提供单独起下防喷器控制盒的导向作用;提供安装水下储能瓶的空间

水下储能瓶及隔离阀

■功能:

储存来自地面的高压控制液,以便快速关闭BOP组各功能

■数量:

应根据API16D或API16E或油公司标准进行计算(SHELL的标准较高)

■水下储能瓶隔离阀:

用来隔离水下储能瓶和主供液管路。

其作用:

一个是,水下储能瓶出现问题时,防喷器组控制系统仍能使用;另一个是,用来判断水下设备的事故

深水平台防喷器组的…进一步论证,采用卡箍…还是法兰与丝(原文不清)

防喷器组控制系统的组成BOPCONTROLSYSTEM\BOPCONTROLSYSTEM.tif

■液压动力设备

■防喷器控制液的混液设备

■防喷器控制液的储存设备BOPCONTROLSYSTEM\accumulator.tif

Diverter\accumulator(blader).tif

■防喷器控制系统主控制面板

■司钻控制面板

■队长控制面板

■软管绞盘BOPCONTROLSYSTEM\NH5HOSEREEL.tif

■控制盒BOPCONTROLSYSTEM\POD.tif

■声纳控制系统(ACOUSTICSYSTEM)

■ROV控制面板

防喷器组控制系统的设计要求

■液压泵的种类:

电动和气动泵

■泵的能力:

在关闭储能器瓶隔离阀的情况下,能在两分钟内关闭一个万能防喷器和打开液压操作阀,并将压力升至设备要求的最小操作压力;在15分钟内,打开所有的泵将储能瓶从预充压力升至控制系统的额定工作压力;每种泵至少有两种超压力保护装置(一种是压力开关,另一种是采用安全阀装置);泵应该自动控制,其启动和停止压力为:

一台:

启动:

降至90%的额定工作压力,停止:

额定工作压力,另一台:

启动:

降至85%的额定工作压力,停止:

95%额定工作压力。

■储能瓶:

在井内压力为零的情况下,打开和关闭所有的闸板防喷器和一个万能防喷器,仍能有50%的馀量;打开和关闭所有的闸板防喷器和一个万能防喷器后,在井内压力为设备的额定工作压力情况下,系统内的维持压力仍能关闭任何防喷器(剪切闸板除外)和打开事故安全阀;水下储能瓶应该安装,并且在地面能控制是否对其充压,其容积的要求:

关闭三套闸板防喷器和一个万能防喷器后,仍有50%的余量,其系统的维持压力要求与表面储能瓶相同

■操作时间:

在任一控制面板,从按下功能键至完成的时间。

闸板防喷器关闭时间:

少于45秒;万能防喷器关闭时间:

少于60秒;压井和阻流的开关时间:

与闸板防喷器相同;LMRP的解锁时间:

少于45秒

混液和储存设备

■混液箱的容积:

至少与储能瓶的储液量相同

■防冻液箱的容积:

一倍或1.5倍于储能瓶的储液量

■混液系统应该自动控制

液压管汇(主控板)的要求

■包含液压调压阀以便控制水下调压阀

■具有流量表

■显示各种压力

■各种报警功能

■远离钻台

■控制防喷器组(包括LMRP)的所有功能

■主要功能的手柄或按钮应该具有保护盖板(隔水管和井口连接器、剪切闸板防喷器)

■主液压供应和信号压力供应应该安装过滤器

司钻控制板:

最少满足如下要求:

■控制防喷器组和LMRP和压井/阻流阀等所有功能

■显示功能的状态,同时能显示以前功能状态(当功能处于中间位置时)

■遥控调节万能和闸板防喷器的压力,并当主电源失去的情况下,备用电源应自动切换

■显示压力:

储能瓶、表面管汇信号、水下万能防喷器信号、水下闸板防喷器信号、水下万能防喷器反馈、水下闸板防喷器反馈和平台空气压力

■可以重新设置的流量表

■报警装置:

储能瓶低压、管汇低信号压力、低气压、混液箱低液位、低控制液位(浓缩液)、防冻液低位(如果有此装置)、主电源与备用电源的使用指示灯和泵运行指示灯(如马达有此功能)

■防爆功能:

有些采用正压防爆,有些采用密封防爆

队长控制面板:

远离钻台或靠近救生艇处,最少满足如下要求:

■控制防喷器组和LMRP和压井/阻流阀等所有功能(除井口连接器第二开和接头盒锁)

■显示所有功能状态

■报警装置:

储能瓶低压、管汇低信号压力、低气压、混液箱低液位、低控制液位(浓缩液)、防冻液低位(如果有此装置)、主电源与备用电源的使用指示灯和泵运行指示灯(如马达有此功能)

电源动力供应的要求

■在主电源失去的情况下,备用电源应自动切换

■备用电源应能维持遥控面板使用至少两小时,备用电源不能向电动泵输送电源

■备用空气也应能维持遥控面板使用至少两小时,备用气源不能向气动泵输送气源

绞盘

■绞盘控制面板:

能控制起/下防喷器、LMRP和接头盒的功能

■软管长度:

平台设计作业水深,并附加300FT

■里面包含1″供液管线盒3/16″的信号管线

■备用管线:

一般要求需要备用管线,其数量应按油公司要求(3根或5根)

控制盒

■两个水下调节阀,将3000PSI的压力减压至设备需要

■地面的信号压力操作SPM阀将液压供应至各设备的操作腔

■控制盒:

两套,俗称兰盒和黄盒,属于防喷器控制系统的核心部件。

一套使用,另一套备用,可以单独起下(注意:

对深水平台而言,控制盒不能单独起下),深水平台采用复合式的电控系统(目的是为了在规定时间完成防喷器组的操作时间)

储能瓶

■种类:

现半潜式平台使用两种,一种是浮子式(NH2和NH5),另一种是胶囊式(NH6)ACCUMULATOR\储能瓶资料.pdf

■储能瓶的氮气压力:

地面为1000PSI,水下1000+0.445×水深(FT)

声纳控制系统:

属于遥控装置(轻便),可以在拖轮上或救生艇等地方具有控制防喷器的功能

ROV控制面板和HOTLINE绞盘

■通过ROV本身的液压来控制防喷器组的主要功能,例如:

剪切闸板、隔水管连接器、井口连接器等

■通过HOTLINE绞盘提供的液压,依靠ROV来实现各种功能的完成

注意:

■深水平台防喷器组控制系统的设计标准:

采用油公司标准(价格高,适用性广、安全性高),还是API标准(价格低,随时面临升级改造的问题,安全性差)

■深水防喷器组控制系统采用电-液控制方式

防喷器功能的实施(采用电-气-液控制系统)

■在司钻面板按下某一功能(开位):

功能流程图.xls

 

分流器(转喷器)diverter\DIVERTER.tif

■前提条件:

需安装插入芯子,并锁紧插入芯子,才能关闭转喷器芯子

■先根据风向选择在左舷还是右舷放喷

■关闭转喷器

■球接头的最大偏移角度:

30度,有些深水平台采用挠性接头代替球接头

■应急操作:

由于大部分的放喷阀属于气控,所以,应考虑应急气源,以便在平台失去动力后,仍能选择放喷的方向。

深水平台的放喷阀选择应该考虑液压控制,还是气控?

隔水管张力器

 

■功能:

给隔水管提供一定的张力,防止损坏隔水管;应急时,提离LMRP;补偿船体与井口的升沉SHAFFER\RISERTENSIONER.tif

■组成:

隔水管张力器、控制面板、动力瓶

■控制方式:

空气和液压油

■安全方式:

有速度控制阀,目的是控制LMRP的脱离速度,或钢丝绳断后,避免损坏设备

■动力装置:

高压空气压缩机或液压动力装置

■移动距离:

50FT左右,目的是为了保证LMRP脱离BOPSTACK有一定距离,避免因平台升沉,损坏BOP或控制系统,无法回接LMRP或BOP组控制系统

隔水管柱和伸缩节

隔水管柱组成riser\riser.tifriser\Riserjoint.bmp

■常规水深隔水管柱的组成:

隔水管、各种长度的短隔水管、伸缩节、支撑环、隔水管送入工具和试压工具、卡盘和鹅颈管

■深水平台隔水管柱的组成:

隔水管、各种长度的短隔水管、伸缩节、支撑环、隔水管送入工具和试压工具、卡盘和鹅颈管、特种连接管、挠性接头和增压阀(FILL-UPVALVE)

隔水管及浮力块

■作用:

用来起下防喷器组和LMRP;形成泥浆循环通道;安装压井/阻流管;安装泥浆增压管;安装2″防喷器控制系统的供液管线(深水平台);化学品注射管线

■连接方式:

采用锁块连接,但对深水平台而言,普遍采用连接强度较大的方式,例如:

法兰等

■设计强度:

常规水深隔水管的最大张力为1000KIPS,深水平台隔水管的最大张力达2500-3500KIPS

■密封方式:

常规水深采用橡胶密封,深水采用钢圈

■材质:

常规水深可以采用API5L中较差的材料(X-52,X-65等),

■深水平台一般采用X80,当然。

也有其他材质的隔水管(铝合金、复合材料)riser\铝合金隔水管.pdf

API160中,隔水管也可以使用焊接管(价格较低,存在风险较大),也可以使用无缝管(价格较高,交货期较长)

附图为VETCOGRAY的复合材料隔水管(尚未批量生产)

■长度:

常规水深一般在50FT以下,深水一般大于50FT。

我们的3000米水深平台,只考虑配置7500FT的隔水管

■浮力块:

减轻隔水管在水中的重量。

下部考虑问题:

浮力块的配置因水深的不同而配置适用于各种水深的浮力块,还是配置同一水深的浮力块(3000米),当然,配置各种水深的浮力块成本较低

■泥浆比重:

隔水管受力分析时,考虑的泥浆比重(18PPG,还是16PPG)?

伸缩节riser\slipjoint.tif

■作用:

补偿平台与井口之间的升降;通过支撑环与隔水管张力器连接,保证隔水管的张力。

当然,深水平台有专用的连接管用于与隔水管张力器连接,压井/阻流、供液等。

■组成:

内筒、外筒、内外筒密封、内外筒锁紧机构等

■冲程:

常规水深平台一般采用40-55FT,目的是深水勘探,风浪较大,需要较大的冲程

■内外筒密封:

采用单个或两个密封,一般采用两个密封,一个使用,一个备用

支撑环riser\tensionring.bmp

■作用:

与伸缩节和隔水管张力器连接,给隔水管柱提供张力

■结构和型号:

一种可以旋转,另一种不能旋转,当然,有些平台没有使用支撑环,采用钢丝绳直接与伸缩节外筒连接

注意:

深水平台在作业过程中,由于风向或海流变化,需要调整动力定位方向,保持平台位置,所以,应该选择可以旋转的支撑环

卡盘和GIMBALriser\spider.bmpriser\gimbal.bmp

■作用:

下隔水管的专用工具(连接隔水管所用)

■GIMBAL的作用:

具有倾斜5度左右的特性,补偿隔水管柱与卡盘的倾斜(由于深水平台风浪较大),安装在转盘与卡盘之间

FILL-UPVALVE(增压阀)riser\fill-upvalve.bmp

■作用:

当应急解脱隔水管连接器时,高密度的泥浆因来不及替换成海水而迅速向下滑脱,从而造成下面隔水管内外压差大。

深水作业时,为了防止隔水管被静水压力破坏,此时应打开该阀进行海水自动灌注;通过库美系统的液压进行控制,并且与EDS(应急脱开系统)联合控制,应急解脱上连接器时,自动打开;在井漏时,泥浆大量漏失,因来不及补充泥浆时,可以打开此阀而灌注海水

■控制方式:

可以自动和地面控制两种方式

■安装位置:

一般安装在防喷器组上面的第三根或第四根的隔水管短接上

增压管

■作用:

用来增加环空泥浆上返速度,保证岩屑返至平台

■直径:

内径5″左右

■工作压力:

5000PSI左右

鹅颈管riser\slipjoint.bmp

■作用:

用来连接压井/放喷管

■额定工作压力:

与防喷器组一致

■安装位置:

一般安装在伸缩节上

隔水管送入工具riser\riserrunningtool-hydraulic.bmpriser\riserrunningtool-manual.bmp

■作用:

下隔水管的专用工具(连接隔水管所用)和提供压井/放喷管试压工具的安装位置

■结构:

一种是手动工具,一种是液压工具,为了提高效率,深水平台的隔水管送入工具应该采用液压方式

注意:

对于深水平台而论,还有隔水管的吊车、轨道以便运送隔水管

特种连接管

■作用:

深水平台隔水管的组合中,在防喷器组顶部和靠近海面处,安装两根应力连接管(采用加厚材料),目的两处承受较大的各种应力,以便延长隔水管的寿命和减少事故的发生

EDS(EMERGENCYDISCONNECTSYSTEM)LMRP应急脱开系统

■钻井船的应急解脱程序分为两极:

初级和终极,也可以直接由终极按钮同时完成初级和终极

■当挠性接头的偏移角度超过2度或者其他某些特殊情况发生时,动力定位控制室将给司钻房发出声光警报,此时司钻应通知队长等有关人员,视当时作业情况是否执行初级解脱。

初级程序主要完成中闸板及事故安全阀的关闭,下闸板及井口连接器的中位

■当执行终极程序时,完成的功能主要是:

剪切闸板,水下储能器隔离阀的关闭后再到中位及事故安全阀的中位,并且打开隔水管灌注阀,收回重力接头后解锁隔水管连接器

■确认上连接器打开并且提离防喷器组后将钻井船移开井位水深的5%

LMRP应急脱开系统应…中心来控制

 

钻柱补偿器

■组成:

补偿器总成、控制台、司钻房立管管汇、井架立管管汇、动力瓶SHAFFER\DSC.tif

■功能:

补偿钻井平台与井口升沉

■控制方式:

空气和液压油

■安全方式:

有速度控制伐和速闭阀

■负荷:

补偿时600KIPS或400KIPS;锁紧时1500KIPS或1000KIPS;液缸完全收缩时1000KIPS(NH5)

■补偿形式:

有天车补偿、游车补偿和绞车补偿

■天车补偿的优缺点:

优点:

补偿能力强,安全性高;缺点:

更换和维修存在困难

■游车补偿的优缺点:

优点:

方便维修和更换;缺点:

安全性差,补偿能力差

阻流管汇及控制台

阻流管汇CHOCKMANIFOLD\NanhaiVICHOCKMANIFOLD.xls

■作用:

起压井/放喷

■尺寸:

对深水平台而言,最少4-1/16″,为以后欠平衡钻井做好准备

■额定工作压力:

与防喷器组一致

■入口:

与压井、放喷、立管管汇、固井泵连接

■出口:

与油气分离器、计量罐、放喷罐等连接

■控制方式:

手动与液压共存,对深水平台而言,大部分采用液压控制。

■手动节流和液控节流:

至少各两套

控制台

■作用:

控制阻流管汇及显示各种压力和泥浆泵的冲数

■控制方式:

采用气动液压泵和手动液压泵控制(手动属于应急控制)

■显示压力:

立管管汇压力、套管压力、钻杆压力、固井压力、空气和液压

■显示位置:

显示两套液压节流阀的位置

■显示泥浆泵的冲数:

显示四台泥浆泵的冲数和总冲数

■速度控制伐:

调节节流阀的控制速度

■低压压力表:

当前油公司要求阻流管汇配置低压压力表

防喷器和采油树运送设备

■作用:

将防喷器组从储存位置运送至井口(圆井甲板)

■运动方式:

可以左右移动、上下移动和前后移动

■额定负荷:

200-235吨,深水平台防喷器组重量在300吨左右,所以防喷器组叉车的额定负荷在400吨左右

注意:

从安全角度考虑,深水平台的试压桩应该

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