CN106703765A - 一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置及其应用，该装置包括一体化框架、盖板和两通接头元件；盖板由上盖和下盖组成；一体化框架上下两端的内壁边缘设有凹槽；一体化框架的上下两端面的两侧对称等距离的设有多个孔A；盖板上设有与孔A相匹配的孔B，盖板通过固定元件穿过孔A和孔B与一体化框架固定连接；一体化框架的左右两侧分别设有至少一个孔C，并通过孔C固定连接两通接头元件，其中一侧的两通接头元件为注入口，另一侧的两通接头元件为采出口，注入口和采出口存在位差。本发明通过设置注采口端高低位差来模拟油藏实际采油过程注采井口液位差，对提高注水开发效率等具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及油藏物理模拟技术领域。更具体地，涉及一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置及其应用。
背景技术
为了保障油田现场实验的顺利开展，三次采油技术应用于矿藏之前，通常需要进行室内的模拟实验，通过各种参数的调整筛选出最佳的实施方案，以期更好的指导油田的实际应用过程。
目前，通过模拟油藏实际地层条件和开采过程进行室内评价的物理模型主要有以下三种：(1)模拟油藏低渗透、裂缝、断块等各种非均质性的物理模型，如中国石油大学(华东)2015年10月13日申请的申请号为201520795934.9的中国发明专利“一种用于模拟断块油藏驱油效果的平面可视化实验装置”；中国石油化工股份有限公司2014年11月07日申请的申请号为201420672830.4的中国发明专利“一种单管填砂式非均质岩心物模实验装置”；中国科学院理化技术研究所2012年06月13日申请的专利号为ZL201210195667.2的中国发明专利“一种模拟裂缝性油藏的填砂管组合装置”。(2)模拟油藏的高温高压等条件的驱油模型，如中国石油天然气股份有限公司2010年05月24日申请的专利号为ZL201020200381.5的中国发明专利“一种注多元热流体采油三维模拟试验装置”。(3)模拟油藏井网的驱油装置，如中国石油化工股份有限公司2013年04月27日申请的申请号为201310151751.9的中国发明专利“稠油热采水平井三维物理模拟油藏井网”。
除了上述的几种模型涉及的地层条件和采收方案，实际的地下油藏还存在地层构造高低起伏，并且油水存在密度差，因此，还需要考虑注采口液位差，利用重力驱动的原理，注水井口液位应低于采油井口，从而为合理的布置井网提供重要的指导意义。第三种模型采用三维模拟装置对反五点、反九点等多种类型的井网进行了模拟，但是该装置制作复杂，操作过程繁琐，更重要的是该模型仅仅考虑到水平井网的布局，并没有涉及注采口液位差的问题。
在实际采油过程中应根据具体的每一口井的实际所处的地层情况，斜坡的走向一排排的调整水油井，将注水井口设在低位，采油井口安排在高位；而不是单纯的追求反五点和反九点等井网的调整，这样才能更大限度的提高注水开发的效率，为油田提高采收率的各种工艺改进提供指导依据。
目前，上述室内地层模拟中的平面驱油模型一方面无法模拟油藏的实际采油过程中注采口液位差对采收率效果的影响，另一方面模型厚度比较薄，填砂体积较小，因此在室内模拟过程中存在较大的局限性。然而注采高低位差对采收率影响的研究目前尚缺少有效的手段，尤其是相关设备的开发和完善尚未见报道。
因此，本发明提供了一种模拟油藏调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置及其应用，该装置是一种用于优化井网调整、研究水驱油机理、深部调驱提高釆收率效果评价、渗流机理探索和依靠重力分异作用采油的驱替装置，通过调整注采口位置，确定合理的注采方式，进而优化井网布置，对提高注水开发效率和延缓注水过程中油井的水窜和水淹时间具有重要的意义。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置。该模型既可以模拟实际油藏调整注采井口液位的采油过程，同时还可以根据需要模拟各种油藏地质条件，又可观测到多孔介质孔道内多相流体的分布和流动状况，从而深入理解注水开发油藏各种调驱剂的驱油机理、流体渗流机理以及重力驱油机理，掌握水驱剩余油分布规律，进而指导井网调整及优化驱油剂的注入工艺条件，使其最大限度提高原油采收率。
本发明的另一个目的在于提供一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的应用。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，包括一体化框架、盖板和两通接头元件；所述盖板由上盖和下盖组成；所述一体化框架上下两端的内壁边缘设有凹槽；所述一体化框架的上下两端面的两侧对称等距离的设有多个孔A；所述盖板上设有与孔A相匹配的孔B，所述盖板通过固定元件穿过孔A和孔B与一体化框架固定连接；所述一体化框架的左右两侧分别设有至少一个孔C，并通过孔C固定连接两通接头元件。应用过程中，其中一侧的两通接头元件为注入口，另一侧的两通接头元件为采出口，所述注入口和采出口存在位差。
优选地，所述一体化框架为长方体中空结构。
优选地，所述一体化框架的材料为有机玻璃。
优选地，所述盖板的材料为有机玻璃。
优选地，所述一体化框架与盖板的内表面均采用打磨处理使其有一定的粗糙度，目的是消除边壁效应的影响。
优选地，所述一体化框架与盖板的外表面均进行抛光，以获得光亮平整的表面，保证良好的可视化效果。
优选地，所述凹槽内嵌设有硅胶垫；所述硅胶垫为半透明的硅橡胶。
优选地，所述孔A、孔B和孔C均为螺纹孔，所述固定元件为螺钉。
优选地，所述孔A和孔B为M6的螺纹孔；所述固定元件为M6的螺钉。在凹槽内部放入适宜尺寸大小的硅胶垫，采用半透明或透明中性硅酮玻璃胶进行密封，再使用螺钉加以固定，以确保盖板与一体化框架密封衔接，从而组装成有机玻璃箱体。
优选地，所述孔C为M8的螺纹孔。
优选地，所述一体化框架两侧的孔C均为多个时，其等距离对称设置在一体化框架的两侧。
优选地，所述一体化框架两侧的孔C均为2～7个。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的应用，包括如下步骤：
1)组装所述人工填砂驱油装置，使用之前先将上盖拆下；
2)准备砂子，砂子选用油田注水井返排的油层砂，经过除油，清洗和烘干后，用不同目数的筛网筛分出20～40目、40～60目、60～80目、80～100目和100目以上的油层砂备用；
3)称取油层砂向其中加入少量的水，油层砂与水的质量比范围为6～12:1，将砂和水混合均匀，每次称取少量的砂子填入装置中，经人工压实，直至装满，填制出平均渗透率为10～10000mD的地层条件；
4)将硅胶垫片放入凹槽中，在槽体边壁以及砂体上表面涂一层半透明或透明中性硅酮玻璃胶，盖好上盖板，并用固定元件固定密封好；
5)将一体化框架一侧的至少一个两通接头元件作为注入口，使驱替工作液进入装置内的油层砂体，驱替工作液在砂体内渗流，将另一侧的至少一个两通接头元件作为采出口，定时采集液体；所述驱替工作液选自水、聚合物溶液、表面活性剂溶液和聚合物纳微米球溶液的一种或多种；
6)通过注入口低于采出口的注采方式或者注入口高于采出口的注采方式，对该装置进行驱油操作，其中饱和油粘度为10～500mPa.s，注入驱替工作液的速度为0.05～0.5mL/min。
优选地，步骤5)中，所述一体化框架两侧的两通接头元件分别为多个时，将不作为注入口和采出口的两通接头元件使用封管堵头密封。
优选地，步骤6)中，当水驱油至含水99％以上时，再注入聚合物溶液、表面活性剂溶液和聚合物纳微米球溶液的一种或多种继续进行驱油操作。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明可以通过设置注采口端高低位差，模拟油藏实际采油过程注采井口液位差；可以根据实际油藏的渗透率和各种非均质性等参数进行装填，能够真实的模拟地层孔隙结构等性质。
(2)本发明制作出的岩心物理模拟实验结果更加真实，因此对现场试验具有指导意义。
(3)本发明提出的装置结构简单，制作方便，并且具有可视性，能够观测到多孔介质孔道内多相流体的分布和流动状况。
(4)本发明通过调整注采口位置，确定合理的注采方式，进而优化井网布置，对提高注水开发效率和延缓注水过程中油井的水窜和水淹时间具有重要的意义。
(5)本发明可用于重力驱油原理的研究，对水驱、聚合物驱、表面活性剂驱和聚合物纳微米球驱以及二元、三元复合驱的驱油效果评价和驱油机理研究具有应用价值。
(6)该发明装置体积较大，可用于研究油藏注水井口流体流动机理和远井地带或油藏深部流体的渗流机理。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1中调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的整体结构示意图。
图2示出本发明实施例1中一体化有机玻璃框架的结构示意图。
图3示出本发明实施例1中一体化有机玻璃框架的俯视图。
图4示出本发明实施例1中上(下)盖板示意图。
图5示出本发明实施例2中调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的主视图。
图6示出本发明实施例2中水驱油过程中采集照片后经软件处理的效果图。
图7示出本发明实施例5中调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的主视图。
图8示出本发明实施例7中调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的主视图。
图9示出本发明实施例7中聚驱后纳米球驱压力变化示意图。
其中：1-一体化框架、2-盖板、3-凹槽、4-螺纹孔C、5-两通接头元件、6-螺钉、7-螺纹孔A、8-螺纹孔B。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，如图1至图4所示，包括一体化框架1、盖板2、凹槽3和两通接头元件5。盖板2由上盖和下盖组成；一体化框架1上下两端的内壁边缘设有凹槽3；一体化框架1上下两端面的两侧对称等距离的设有8个螺纹孔A7；盖板2设有与螺纹孔A7相匹配的螺纹孔B 8，盖板2通过螺钉6穿过螺纹孔A 7和螺纹孔B 8与一体化框架1固定连接；一体化框架1的A、B两侧分别等距离对称的设有7个螺纹孔C 4，并通过螺纹孔C 4固定连接两通接头元件5，其中一侧的两通接头元件为注入口，另一侧的两通接头元件为采出口。
从图中可以看出，一体化框架1为长方体中空结构。在本装置中，一体化框架1和盖板2的材料都为有机玻璃。并且一体化框架1与盖板2的内表面均采用打磨处理使其有一定的粗糙度，外表面均进行抛光，以获得光亮平整的表面。此外，凹槽3还嵌设有硅胶垫。
在本装置中，螺纹孔A7和螺纹孔B 8均为M6的螺纹孔，螺钉6为M6的螺钉，螺纹孔C4为M8的螺纹孔。
实施例2
一种可调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置Ⅰ，如图5所示，其结构与实施例1中相同，不同之处在于，其外部尺寸为长490mm，宽110mm，高126mm；一体化框架的A侧设置4个M8螺纹孔C，从下至上依次为401～404，B侧设置与A侧对称的4个M8螺纹孔C，从上至下依次为405～408，相邻两个螺纹孔C中心距为30mm，螺纹孔C中装有内径为3mm两通接头元件。
采用该装置进行驱油操作，具体的室内使用流程采用中国专利CN103485769A中所述方法，用本发明的人工填砂驱油装置替换该专利中的填砂管组合装置，驱油操作的步骤如下：
1)使用装置之前，先将上盖板拆下。
2)准备砂子，砂子选用油田注水井返排的油层砂，经过除油，清洗和烘干后，用不同目数的筛网筛分出100目以上的油层砂备用。
3)称取4kg100目以上的油层砂，加入400mL的水，将砂和水混合均匀，每次称取少量的砂子填入装置中，经人工压实，直至装满，填制出均质韵律平均渗透率为10mD的地层条件。
4)将硅胶垫片放入凹槽中，在槽体边壁以及砂体上表面涂一层玻璃胶，盖好上盖板，并用M6螺钉固定密封好。
5)将外接口402～404和406～408使用封管堵头密封，外接口401作为注入口，使驱替工作液即水进入有机玻璃箱内的砂体，水在砂体内渗流，外接口405作为采出口，定时采集液体。
6)采用注入口液位低于采出口(简称低注高采)的注采方式，饱和油粘度为10mPa.s，注水速度为0.05mL/min，对该装置进行水驱油操作。
对该装置首先进行饱和水，饱和油，然后进行水驱油操作。通过部分采集装置对采收率以及油水百分比进行统计。
在驱替实验进行过程中，同时采用高像素相机每间隔一定时间拍摄模型照片，记录视野范围内的油水变化情况，最后采用软件Image-Pro Plus对图像进行处理，观测注入水的波及面积。如图6所示，随着水的不断注入，波及面积不断扩大，残余油逐渐被驱出，采收率提高。
实施例3
采用的装置和操作步骤同实施例2，不同之处在于：
步骤6中注水速度为0.5mL/min，对该装置进行水驱油操作，考察油水分配比并研究水驱剩余油规律。本模型采用低注高采的注采方式，再加上驱替速度较高，水驱后剩余油较少；由于本模型是砂岩亲水模型，剩余油的分布主要以油珠状分布在较大孔道中，还有一些剩余油分布在较细小的孔道中。
实施例4
采用的装置和操作步骤同实施例2，不同之处在于：
步骤5)中将外接口401作为采出口，外接口405作为注入口，其余连接方式保持不变。
步骤6)中采用上述注入口液位高于采出口(高注低采)的注采方式，饱和油粘度为100mPa.s，注水速度为0.2mL/min，对该装置进行水驱油操作，当驱至含水99％以上，开始注入0.2PV和2000ppm的纳米球溶液，研究纳米球深部调驱剂的驱油机理和提高原油采收率的工艺条件。纳米球在水相中存在不间断地布朗运动，有效的改变水流原有的渗流方向和状态，降低原有水渗流通道流出水的可能性，可以有效的改善地层的非均质性，提高原油采收率。
实施例5
一种可调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置Ⅱ，如图7所示，其结构与实施例1中相同，不同之处在于，其外部尺寸为长490mm，宽110mm，高190mm；一体化框架的A侧设置7个M8螺纹孔C，从下至上依次为409～415，B侧设置与A侧对称的7个M8螺纹孔C，从上至下依次为416～422，相邻两个螺纹孔C的中心距为25mm，螺纹孔中装有内径为3mm两通接头元件。
采用该装置进行驱油操作，步骤同实施例2，不同之处在于：
步骤2)中用不同目数的筛网筛分出60～80目和100目以上的油层砂备用。
步骤3)中分别称取4.15kg 60～80目和100目以上的砂子，加水混合均匀，经人工压实，填制出正韵律平均渗透率2000mD的地层条件。
步骤5)中将外接口410作为注入口，外接口419作为采出口，其余外接口全部使用封管堵头密封。
步骤6)中饱和油粘度为500mPa.s，注水速度为0.5mL/min，对该装置进行水驱油操作，当驱至含水99％以上，开始注入0.3PV3000ppm的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液，研究聚合物驱油机理。聚合物是依靠粘度作为有效的工作基础，利用溶液本身的剪切变稀能力进入低渗砂体，扩大波及体积系数，解决油藏平面非均质性问题，从而将原油驱出。
实施例6
采用的装置和操作步骤同实施例5，不同之处在于：
步骤5)中将外接口409和410作为注入口，分别通过密封管线接头与室内驱替管线紧密连接，外接口417、418和419作为采出口，分别与部分液体采集装置相连接，定时采集液体，其余外接口全部使用封管堵头密封；采用的驱替工作液为在水中加入碱，低浓度表面活性剂和聚合物制得的混合溶液。
步骤6)中饱和油粘度为250mPa.s，注水速度为0.3mL/min，对该装置进行三元复合驱油操作，考察三元复合驱的工艺条件和驱油机理。在三元复合驱中加入表面活性剂能够降低残余油在地层的吸附，提高洗油效率；加入的碱可与原油中的有机酸反应生成石油酸皂，石油酸皂与表面活性剂具有协同效应；聚合物具有流度控制作用，使三元复合驱具有较高的驱油效率。
实施例7
一种可调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置Ⅲ，如图8所示，其结构与实施例1中相同，不同之处在于，其外部尺寸为长490mm，宽110mm，高35mm；一体化框架的A侧设置2个M8螺纹孔C，从下至上依次为423～424，B侧设置与A侧对称的2个M8螺纹孔C，从上至下依次为螺纹孔425～426，相邻两个螺纹孔C之间的中心距为15mm，螺纹孔C中装有内径为3mm两通接头元件。
采用该装置进行驱油操作，步骤同实施例2，不同之处在于：
步骤2)中用不同目数的筛网筛分出20～40目和40～60目的油层砂备用。
步骤3)中分别称取3.98kg 20～40目和40～60目以上的砂子，加水混合均匀，经人工压实，填制出反韵律平均渗透率10000mD的地层条件。
步骤5)中将外接口424、426使用封管堵头密封，外接口423作为注入口，外接口425作为采出口。
步骤6)中饱和油粘度为75mPa.s，注水速度为0.2mL/min，水驱油至含水99％以上，先注入0.6PV3000ppm的聚合物，转水驱至含水100％；再注入0.5PV2000ppm的纳米球溶液，转水驱至含水100％，重复上述注球操作，评价聚合物和纳米球提高原油采收率的效果，结果表明纳米球对聚驱后剩余油的产量仍有大幅的提高作用。通过压力采集装置得到压力图，如图9所示，对压力图进行分析可以看出注聚期间压力不断上升，转水压力下降；开始注入纳米球溶液形成了一定的注水阻力，压力又开始升高，等压力达到一定程度时，微球变形通过孔喉，压力突破，微球向深部发生运移，使压力降低；微球在下一个孔喉又发生封堵时压力再次上升，后又穿过孔喉发生突破，压力降低；微球具有良好的逐级深部调驱性能。
实施例8
采用的装置和操作步骤同实施例7，不同之处在于：
步骤5)中将外接口423、425使用封管堵头密封，外接口424作为注水口，外接口426作为采出口。
步骤6)中饱和油粘度为50mPa.s，注水速度为0.05mL/min，进行水驱油操作，统计水驱采收率和油水百分比，研究注入口端和深部流体的渗流机理。在注入口端渗透率较高且存在驱动压差ΔP，油水在多孔介质中的渗流，可以近似看作达西渗流；而在油藏深部由于驱动力无法达到油藏深部，油水的流动主要为非达西渗流，此时渗流的主要驱动力为毛管力。流体在多孔介质的流动是非常复杂的过程。
结论：本发明可以通过设置注采口端高低位差，模拟油藏实际采油过程注采井口液位差，其他驱油装置无法模拟油藏的实际采油过程中注采口液位差对采收率效果的影响。本发明的模型既可以模拟实际油藏调整注采井口液位的采油过程，同时还可以根据需要模拟各种油藏地质条件，又可观测到多孔介质孔道内多相流体的分布和流动状况，从而深入理解注水开发油藏各种调驱剂的驱油机理、流体渗流机理以及重力驱油机理，掌握水驱剩余油分布规律，进而指导井网调整及优化驱油剂的注入工艺条件，使其最大限度提高原油采收率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，包括一体化框架、盖板和两通接头元件；所述盖板由上盖和下盖组成；所述一体化框架上下两端的内壁边缘设有凹槽；所述一体化框架的上下两端面的两侧对称等距离的设有多个孔A；所述盖板上设有与孔A相匹配的孔B，所述盖板通过固定元件穿过孔A和孔B与一体化框架固定连接；所述一体化框架的左右两侧分别设有至少一个孔C，并通过孔C固定连接两通接头元件。
2.根据权利要求1所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，所述一体化框架为长方体中空结构；所述一体化框架和盖板的材料均为有机玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，所述一体化框架与盖板的内表面均采用打磨处理；所述一体化框架与盖板的外表面均进行抛光。
4.根据权利要求1所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，所述凹槽内嵌设有硅胶垫；所述硅胶垫为半透明的硅橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，所述孔A、孔B和孔C均为螺纹孔，所述固定元件为螺钉。
6.根据权利要求1所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，所述孔A和孔B为M6的螺纹孔；所述孔C为M8的螺纹孔。
7.根据权利要求1所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，所述一体化框架两侧的孔C均为多个时，其等距离对称设置在一体化框架的两侧。
8.根据权利要求7所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置，其特征在于，所述一体化框架左右两侧的孔C均为2～7个。
9.如权利要求1所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的应用，其特征在于，包括如下步骤：
1)组装所述人工填砂驱油装置，使用之前先将上盖拆下；
2)准备砂子，砂子选用油田注水井返排的油层砂，经过除油，清洗和烘干后，用不同目数的筛网筛分出20～40目、40～60目、60～80目、80～100目和100目以上的油层砂备用；
3)称取油层砂向其中加入少量的水，油层砂与水的质量比范围为6～12:1，将砂和水混合均匀，每次称取少量的砂子填入装置中，经人工压实，直至装满，填制出平均渗透率为10～10000mD的地层条件；
4)将硅胶垫片放入凹槽中，在槽体边壁以及砂体上表面涂一层玻璃胶，盖好上盖板，并用固定元件固定密封好；
5)将一体化框架一侧的至少一个两通接头元件作为注入口，使驱替工作液进入装置内的油层砂体，驱替工作液在砂体内渗流，将另一侧的至少一个两通接头元件作为采出口，定时采集液体；所述驱替工作液选自水、聚合物溶液、表面活性剂溶液和聚合物纳微米球溶液的一种或多种；
6)通过注入口低于采出口的注采方式或者注入口高于采出口的注采方式，对该装置进行驱油操作，其中饱和油粘度为10～500mPa.s，注入驱替工作液的速度为0.05～0.5mL/min。
10.根据权利要求9所述的一种调整注采液位的可视化人工填砂驱油装置的应用，其特征在于，步骤5)中，所述一体化框架两侧的两通接头元件分别为多个时，将不作为注入口和采出口的两通接头元件使用封管堵头密封；步骤6)中，当水驱油至含水99％以上时，再注入聚合物溶液、表面活性剂溶液和聚合物纳微米球溶液的一种或多种继续进行驱油操作。
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