CN111311119A - 一种海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,包括以下步骤:搜集所述海相页岩气储层的地质数据;建立储层缝网改造能力的地质评价指标序列,所述地质评价指标序列包括矿物抗延展性指标、岩石弹塑性指标、裂缝网络化指标、以及储集物性指标;计算所述储层缝网改造能力地质评价指标的权重;建立缝网改造能力的地质评价矩阵,所述地质评价矩阵结果越大,则越有利于储层缝网改造。本发明做到了影响因素之间的表征参数相互不影响、不冲突,节约了数据整理和计算时间,同时还保证了评价的准确度,在实际应用过程中便于上手,适合室内科研人员和现场技术人员快速得出结果,化繁为简,并有助于优化压裂参数。
Description
技术领域
本发明涉及非常规油气增产改造技术领域,特别涉及一种海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法。
背景技术
储层评价是页岩气勘探开发过程中的重要环节,主要用于优选靶窗甜点。页岩气储层评价的指标是多元化的,包括了矿物组分的差异化结构、天然弱面发育特征、岩石与断裂力学性质、古今埋藏深度、热演化程度与有机质丰度、孔隙度与孔隙形态、地应力大小与差异等地质因素。采用脆性矿物含量叠加可实现对页岩气产区的概念评价;通过沉积相控可建立天然弱面三维刻画及对应的评价方法;通过岩石与断裂力学二维、三维图版可进行立体式可压性评价;考虑了裂缝相交处的应力状态,可建立考虑裂缝起裂的储层改造评价方法;考虑古今埋藏深度变化带来的影响,可提出了脆延性评价方法。随着研究的深入,多数学者意识到储层评价影响因素的多样性,形成了基于多因素叠合的评价方法,对压裂甜点的预测和识别起到了一定作用。但从不同方法可以看出,学者们对储层评价有着不同的理解,也使得现有评价理论与方法仍均有完善空间,体现在:①以发明CN201610191202.8、CN201510094413.5、CN201410641815.8为例,评价思路不统一,多因素评价指标繁杂,未考虑各指标之间仍存在相互影响,如硅质矿物含量的增加并未完全增加脆性、孔隙度与有机质含量的增加虽然增加储集性,但降低了岩石力学强度等,天然裂缝过多会影响加砂难易程度等,由此造成不同评价结果呈现相反的观点与结论;②部分评价认为施工参数是评价指标,但评价指标并非是工程参数,而是反映工程参数适应性的地质参数,目前很少包含反映储层对施工参数适应性的地质评价指标;③最终评价目标是有效压裂还是增产并未厘清;④以发明CN201910688867.3为例,计算步骤过于复杂,矿场实践难以快速甄别与优选;⑤以发明CN201610537793.X和CN110163533A为例,均未能考虑各因素之间的权重,即使考虑权重也仅考虑为各因素影响程度是均等的。
川南地区是我国页岩气开发的主力区,建产区随着产气层由2500~3000m向3000~3500m过渡,水力压裂面临了闭合应力、水平地应力差异增大,天然裂缝与层理的刻画难度加大的特点,近年年均单井产量有所降低,说明现有评价方法不再适应地质特征和实际需要。因此,需要进行抽提主要因素,让评价指标各方面的相互影响尽量较小,并考虑权重,形成海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法。
本发明的技术方案如下:
一种海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,包括以下步骤:
搜集所述海相页岩气储层的地质数据。
作为优选,所述地质数据包括单井试油地质报告和单井测井解释数据包。
作为优选,所述单井试油地质报告包括已压裂与未压裂单井的平均埋藏深度、杨氏模量、泊松比、硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量、最小水平主应力、水平主应力差、孔隙度、有机碳含量数据;所述单井测井解释数据包包括已压裂与未压裂单段的平均埋藏深度、杨氏模量、泊松比、硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量、最小水平主应力、水平主应力差、孔隙度、有机碳含量数据。
建立储层缝网改造能力的地质评价指标序列,所述地质评价指标序列包括矿物抗延展性指标、岩石弹塑性指标、裂缝网络化指标、以及储集物性指标。
作为优选,所述地质评价指标序列建立方法如下:
(a)建立无量纲表达式f(x),数学含义是对x进行无量纲化:
式中:
f(x)为变量x的无量纲值;
x为各类储层缝网改造能力的地质评价指标或地质参数;
xmax为各项储层缝网改造能力的地质评价指标或地质参数的最大值;
xmin为各项储层缝网改造能力的地质评价指标或地质参数的最小值;
(b)建立矿物抗延展性指标,所述矿物抗延展性指标越大,矿物抗延展性越大,越有利于储层缝网改造,所述矿物抗延展性指标具体为:
式中:
F(VSi,VCa)为矿物抗延展性指标;
VSi、VCa分别为硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量,%;
h为埋藏深度,km;
(c)建立岩石弹塑性指标,所述岩石弹塑性指标越大,越有利于储层缝网改造,所述岩石弹塑性指标具体为:
式中:
F(E,ν)为岩石弹塑性指标;
E为杨氏模量,GPa;
ν为泊松比,无量纲;
(d)建立裂缝网络化指标,所述裂缝网络化指标越大,表明水力压裂成缝网的可能性越大,越有利于取得最佳增产效果,所述裂缝网络化指标具体为:
F(σmin,Δσ)=f(σmin×Δσ) (4)
式中:
F(σmin,Δσ)为裂缝网络化指标;
σmin为最小水平主应力,MPa;
Δσ为水平主应力差,MPa;
(e)建立储集物性指标,所述储集物性指标越大,表明储层的资源量越大,储层被改造的商业价值越大,所述储集物性指标具体为:
式中:
ω为总有机碳含量,%。
计算所述储层缝网改造能力地质评价指标的权重。
作为优选,所述权重的计算方法为:
(a)建立缝网改造能力地质评价指标分别关于SRV、测试产量、累计产量的多元回归方程组,获取各指标对压裂改造、初期增产、长期稳产的控制程度,所述多元回归方程组为:
式中:
E(y1)为微地震监测的储层改造体积,106m3;
E(y2)为投产初期测试产量,104m3/d;
E(y3)为生产相同时间后的累计产量,107m3;
α0、α1、α2、α3、α4、β0、β1、β2、β3、β4、γ0、γ1、γ2、γ3、γ4为回归参数;
ε1、ε2、ε3为回归误差;
(b)对所述回归参数进行无量纲化处理,获取所述缝网改造能力地质评价指标的权重系数:
式中:
m1、n1、k1分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的岩石弹塑性指标的权重系数;
m2、n2、k2分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的矿物抗延展性指标的权重系数;
m3、n3、k3分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的裂缝网络化指标的权重系数;
m4、n4、k4分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的储集物性指标的权重系数。
建立缝网改造能力的地质评价矩阵,所述地质评价矩阵结果越大,则越有利于储层缝网改造。
作为优选,所述地质评价矩阵建立方法如下:
(a)对所述地质评价指标进行均衡分级:即将每个指标根据指标值划分为>0.55、0.5~0.55、<0.5三个等级,依次赋为I、II、III类;
(b)对所述地质评价指标进行权重分级:当通过地质评价指标来评价储层改造体积E(y1)时,根据m1、m2、m3、m4的大小依次赋为A、B、C、D类;当通过地质评价指标来评价初期增产效果,即测试产量E(y2)时,根据n1、n2、n3、n4的大小,从大到小依次赋为A、B、C、D类;当通过地质评价指标来评价长期增产效果,即累计产量E(y3)时,根据k1、k2、k3、k4的大小依次赋为A、B、C、D类;
(c)利用均衡分级、权重分级进行合并,将均衡分级作为权重分级的下标,建立地质评价矩阵,具体为:
式中:
AnBnCnDn为地质评价矩阵结果;
AI、AII、AIII、BI、BII、BIII、CI、CII、CIII、DI、DII、DIII为合并的矩阵指标。
作为优选,所述地质评价方法还包括建立缝网改造风险指标,所述缝网改造风险是指施工过程中遇到施工压力过高、裂缝扩展受限、缝宽窄、加砂困难、压裂液滤失大、砂堵、套变等一系列情况。所述缝网改造风险指标具体为:
(a)在矿物抗延展性指标应用过程中,将碳酸盐矿物含量大于20%或硅质含量大于60%时视为风险井段,施工中应尽量降低作业强度避免裂缝扩展受限、裂缝过度发育导致的压裂液滤失大的情况;
(b)在岩石弹塑性指标应用过程中,将杨氏模量大于40GPa时视为风险井段,施工中应尽量优化压裂参数避免缝宽窄、加砂困难的情况;
(c)在裂缝网络化指标应用过程中,将裂缝网络化指标小于0.2视为风险井段,可能会发生施工压力过高、砂堵、套变等情况,施工中应尽可能避免对该井段进行压裂施工;
(d)在储集物性指标应用过程中,将储集物性指标小于0.2视为风险井段,无效改造可能性大,可能不能获取较高产量,施工中应尽可能避免对该井段进行压裂施工。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明通过简化大量的数据搜集改造和繁琐的计算流程,同时充分考虑了影响因素之间的相互作用,做到了影响因素之间的表征参数相互不影响、不冲突,节约了数据整理和计算时间,同时还保证了评价的准确度,在实际应用过程中便于上手,适合室内科研人员和现场技术人员快速得出结果,化繁为简,并有助于优化压裂参数。通过建立缝网改造风险指标,还实现了现有各类方法均未实现的风险识别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个具体实施例CN区块缝网改造能力地质评价结果与部分单井测试产量、累计产量关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。
本发明提供一种海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,包括以下步骤:
步骤1:搜集所述海相页岩气储层的地质数据。以CN区块为例,搜集该区块单井试油地质报告共93份,其中已压裂井占83份,钻完待压裂井10份。搜集并统计单井平均埋藏深度、杨氏模量、泊松比、硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量、最小水平主应力、水平主应力差、孔隙度、有机碳含量数据。以A井为例,A井为一口钻完待压裂井,单井统计数据见表1。
表1 A井试油地质报告统计数据表
以CN区块为例,搜集该区块单井测井解释数据包共计93份,其中已压裂井占83份,钻完待压裂井10份,搜集并统计单段平均埋藏深度、杨氏模量、泊松比、硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量、最小水平主应力、水平主应力差、孔隙度、有机碳数据。以A井为例,共计压裂22段,单段统计数据见表2。
表2 A井测井解释单段统计数据表
段号 | 埋藏深度 | 杨氏模量 | 泊松比 | 硅质含量 | 碳酸盐含量 | 最小水平主应力 | 水平地应力差 | 孔隙度 | TOC |
段 | m | GPa | - | % | % | MPa | MPa | % | % |
1 | 2633 | 36.7 | 0.23 | 42.47 | 9.73 | 58.92 | 11.88 | 5.13 | 5.14 |
2 | 2635 | 39.3 | 0.21 | 45.89 | 10.68 | 60.33 | 12.912 | 5.07 | 4.39 |
3 | 2638 | 36.8 | 0.22 | 49.22 | 9.9 | 58.82 | 11.928 | 5.73 | 5.48 |
4 | 2640 | 36.6 | 0.23 | 49.87 | 9.02 | 58.87 | 11.904 | 5.75 | 5.48 |
5 | 2643 | 36.5 | 0.19 | 48.97 | 8.77 | 58.79 | 11.832 | 5.82 | 5.57 |
6 | 2646 | 36.8 | 0.21 | 49.12 | 8.85 | 58.97 | 11.952 | 5.75 | 5.52 |
7 | 2648 | 37 | 0.22 | 48.74 | 8.73 | 59 | 12 | 5.83 | 5.57 |
8 | 2651 | 36.8 | 0.23 | 48.93 | 9.63 | 58.9 | 11.976 | 6.02 | 5.72 |
9 | 2654 | 37.1 | 0.22 | 48.16 | 8.77 | 59.3 | 12.096 | 5.62 | 5.42 |
10 | 2657 | 42.9 | 0.22 | 48.51 | 10.14 | 60.58 | 13.632 | 5.41 | 5.07 |
11 | 2660 | 43.4 | 0.21 | 49.75 | 10.05 | 61.63 | 14.136 | 4.45 | 4.35 |
12 | 2663 | 39.3 | 0.23 | 49.94 | 9.62 | 60.55 | 12.984 | 5.08 | 4.85 |
13 | 2665 | 39.3 | 0.21 | 49.83 | 9.51 | 60.54 | 12.984 | 5.34 | 4.94 |
14 | 2668 | 37.5 | 0.24 | 51.34 | 9.24 | 59.7 | 12.312 | 5.57 | 5.51 |
15 | 2671 | 38.1 | 0.23 | 49.54 | 9.22 | 61.22 | 12.84 | 4.94 | 4.12 |
16 | 2674 | 37.7 | 0.25 | 50.09 | 9.58 | 61.51 | 12.792 | 4.6 | 3.85 |
17 | 2678 | 36.5 | 0.24 | 49.92 | 10.07 | 60.79 | 12.312 | 4.76 | 4.36 |
18 | 2681 | 37.8 | 0.25 | 50.1 | 9.3 | 60.3 | 12.528 | 5.65 | 5.22 |
19 | 2684 | 37.5 | 0.23 | 50.65 | 9.3 | 60.22 | 12.432 | 5.71 | 5.33 |
20 | 2686 | 39.9 | 0.21 | 45.29 | 10.7 | 61.85 | 13.44 | 4.42 | 5.26 |
21 | 2689 | 38.8 | 0.22 | 43.69 | 8.71 | 60.39 | 14.088 | 5.06 | 5.75 |
22 | 2691 | 39.1 | 0.23 | 43.07 | 8.76 | 61.56 | 13.08 | 5.28 | 5.82 |
步骤2:建立储层缝网改造能力的地质评价指标序列。根据公式(1)至公式(5),以A井22段为例,计算A井22段地质评价指标序列并得出全井段平均值,见表3。
表3 A井地质评价指标序列统计表
段号 | 矿物抗延展性指标 | 岩石弹塑性指标 | 裂缝网络化指标 | 储集物性指标 |
1 | 0.53 | 0.53 | 0.50 | 0.57 |
2 | 0.57 | 0.62 | 0.58 | 0.53 |
3 | 0.60 | 0.56 | 0.50 | 0.62 |
4 | 0.59 | 0.53 | 0.50 | 0.62 |
5 | 0.58 | 0.64 | 0.50 | 0.63 |
6 | 0.58 | 0.58 | 0.50 | 0.63 |
7 | 0.58 | 0.56 | 0.51 | 0.63 |
8 | 0.59 | 0.53 | 0.51 | 0.65 |
9 | 0.57 | 0.56 | 0.52 | 0.61 |
10 | 0.59 | 0.65 | 0.63 | 0.58 |
11 | 0.60 | 0.69 | 0.67 | 0.49 |
12 | 0.60 | 0.57 | 0.59 | 0.55 |
13 | 0.59 | 0.62 | 0.59 | 0.57 |
14 | 0.60 | 0.52 | 0.54 | 0.62 |
15 | 0.59 | 0.55 | 0.59 | 0.50 |
16 | 0.59 | 0.50 | 0.59 | 0.47 |
17 | 0.60 | 0.51 | 0.55 | 0.51 |
18 | 0.59 | 0.50 | 0.56 | 0.60 |
19 | 0.59 | 0.54 | 0.55 | 0.61 |
20 | 0.55 | 0.63 | 0.63 | 0.54 |
21 | 0.52 | 0.59 | 0.65 | 0.60 |
22 | 0.51 | 0.57 | 0.61 | 0.62 |
平均 | 0.58 | 0.57 | 0.56 | 0.58 |
步骤3:计算所述储层缝网改造能力地质评价指标的权重。以CN区块83口已压裂井的单井测井解释资料等,根据公式(6)和公式(7)进行计算,结果见表4、表5。从表4可以看出,拟合系数R2高达0.75以上,认为各项拟合都较好,说明选取的参数对已压裂井的评价是有效的。
表4基于大数据计算的缝网改造能力地质评价指标回归分析结果
表5基于大数据计算的缝网改造能力地质评价指标权重
步骤4:建立缝网改造能力的地质评价矩阵。以A井为例,根据表5结果,按照指标大小,将裂缝网络化指标设为A类、储集物性指标设为B类、矿物抗延展性指标设为C类、岩石弹塑性指标设为D类。根据表3结果,对各指标数据进行分级,分级标准见表6(结合缝网改造风险指标),各段评价结果如表7所示。从表7可以看出,A井压后产气贡献率与评价的指标好坏正相关性明显,证明了本发明方法的有效性。如图1所示的CN区块缝网改造能力地质评价结果与部分单井测试产量、累计产量关系示意图,从图中可以看出,CN区块缝网改造能力地质评价结果与相同施工强度下的高产井分布正相关明显,也证实了本发明方法的有效性。
表6 CN区块矩阵分级标准
表7 A井单段平均结果与产气贡献率统计表
步骤5:建立缝网改造风险指标,当裂缝网络化指标小于0.2,则不具备改造条件,视为风险;当储集物性指标小于0.2,则不具备充足资源,视为风险;当硅质与碳酸盐矿物过多(碳酸盐矿物含量大于20%或硅质含量大于60%),易导致砂堵、裂缝扩展受限、压力上升快等施工复杂,视为风险;当杨氏模量过高(杨氏模量大于40GPa),易导致缝宽受限和加砂困难,视为风险,风险指标如表8所示。统计结果可知,CN区块全井段均不存在风险。
表8 CN区块风险指标
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
搜集所述海相页岩气储层的地质数据;
建立储层缝网改造能力的地质评价指标序列,所述地质评价指标序列包括矿物抗延展性指标、岩石弹塑性指标、裂缝网络化指标、以及储集物性指标;
计算所述储层缝网改造能力地质评价指标的权重;
建立缝网改造能力的地质评价矩阵,所述地质评价矩阵结果越大,则越有利于储层缝网改造。
2.根据权利要求1所述的海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,其特征在于,所述地质数据包括单井试油地质报告和单井测井解释数据包。
3.根据权利要求2所述的海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,其特征在于,所述单井试油地质报告包括已压裂与未压裂单井的平均埋藏深度、杨氏模量、泊松比、硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量、最小水平主应力、水平主应力差、孔隙度、有机碳含量数据;所述单井测井解释数据包包括已压裂与未压裂单段的平均埋藏深度、杨氏模量、泊松比、硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量、最小水平主应力、水平主应力差、孔隙度、有机碳含量数据。
4.根据权利要求3所述的海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,其特征在于,所述地质评价指标序列建立方法如下:
(a)建立无量纲表达式f(x),数学含义是对x进行无量纲化:
式中:
f(x)为变量x的无量纲值;
x为各类储层缝网改造能力的地质评价指标或地质参数;
xmax为各项储层缝网改造能力的地质评价指标或地质参数的最大值;
xmin为各项储层缝网改造能力的地质评价指标或地质参数的最小值;
(b)建立矿物抗延展性指标,具体为:
式中:
F(VSi,VCa)为矿物抗延展性指标;
VSi、VCa分别为硅质矿物含量、碳酸盐矿物含量,%;
h为埋藏深度,km;
(c)建立岩石弹塑性指标,具体为:
式中:
F(E,ν)为岩石弹塑性指标;
E为杨氏模量,GPa;
ν为泊松比,无量纲;
(d)建立裂缝网络化指标,具体为:
F(σmin,Δσ)=f(σmin×Δσ) (4)
式中:
F(σmin,Δσ)为裂缝网络化指标;
σmin为最小水平主应力,MPa;
Δσ为水平主应力差,MPa;
(e)建立储集物性指标,具体为:
式中:
ω为总有机碳含量,%。
5.根据权利要求4所述的海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,其特征在于,所述权重的计算方法为:
(a)建立缝网改造能力地质评价指标分别关于SRV、测试产量、累计产量的多元回归方程组,获取各指标对压裂改造、初期增产、长期稳产的控制程度,所述多元回归方程组为:
式中:
E(y1)为微地震监测的储层改造体积,106m3;
E(y2)为投产初期测试产量,104m3/d;
E(y3)为生产相同时间后的累计产量,107m3;
α0、α1、α2、α3、α4、β0、β1、β2、β3、β4、γ0、γ1、γ2、γ3、γ4为回归参数;
ε1、ε2、ε3为回归误差;
(b)对所述回归参数进行无量纲化处理,获取所述缝网改造能力地质评价指标的权重系数:
式中:
m1、n1、k1分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的岩石弹塑性指标的权重系数;
m2、n2、k2分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的矿物抗延展性指标的权重系数;
m3、n3、k3分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的裂缝网络化指标的权重系数;
m4、n4、k4分别为压裂改造、初期增产、长期稳产的储集物性指标的权重系数。
6.根据权利要求5所述的海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,其特征在于,所述地质评价矩阵建立方法如下:
(a)对所述地质评价指标进行均衡分级:即将每个指标根据指标值划分为>0.55、0.5~0.55、<0.5三个等级,依次赋为I、II、III类;
(b)对所述地质评价指标进行权重分级:当通过地质评价指标来评价储层改造体积E(y1)时,根据m1、m2、m3、m4的大小依次赋为A、B、C、D类;当通过地质评价指标来评价初期增产效果,即测试产量E(y2)时,根据n1、n2、n3、n4的大小,从大到小依次赋为A、B、C、D类;当通过地质评价指标来评价长期增产效果,即累计产量E(y3)时,根据k1、k2、k3、k4的大小依次赋为A、B、C、D类;
(c)利用均衡分级、权重分级进行合并,将均衡分级作为权重分级的下标,建立地质评价矩阵,具体为:
式中:
AnBnCnDn为地质评价矩阵结果;
AI、AII、AIII、BI、BII、BIII、CI、CII、CIII、DI、DII、DIII为合并的矩阵指标。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的海相页岩气储层缝网改造能力的地质评价方法,其特征在于,所述地质评价方法还包括建立缝网改造风险指标,所述缝网改造风险指标具体为:
(a)在矿物抗延展性指标应用过程中,将碳酸盐矿物含量大于20%或硅质含量大于60%时视为风险井段;
(b)在岩石弹塑性指标应用过程中,将杨氏模量大于40GPa时视为风险井段;
(c)在裂缝网络化指标应用过程中,将裂缝网络化指标小于0.2视为风险井段;
(d)在储集物性指标应用过程中,将储集物性指标小于0.2视为风险井段。
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