CN114109351A - 井下钻压扭矩测量工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下钻压扭矩测量工具，包括钻铤短节、应变测量仪、控制装置及钻压扭矩数据采控短节；钻铤短节的侧壁上分别开设有第一安装槽和第二安装槽，应变测量仪和控制装置分别封装于第一安装槽和第二安装槽内，且应变测量仪与第一安装槽的槽壁过盈配合；钻压扭矩数据采控短节安装在钻铤短节内；应变测量仪与控制装置信号连接，能够将测得的扭矩信号传递给控制装置，控制装置用于将扭矩信号进行处理；钻压扭矩数据采控短节与控制装置信号连接，用于存储并接收控制装置传递的处理后的数据信号。本发明中，由于应变测量仪封装于钻铤短节上开设的第一安装槽内，避免了外部泥浆影响应变测量仪的测量准确度，提高了钻压扭矩的测量精度。

Description

井下钻压扭矩测量工具

技术领域

本发明涉及石油钻井井下应变测量技术领域，尤其是涉及一种井下钻压扭矩测量工具。

背景技术

随着石油天然气工业的快速发展和石油勘探开发的不断深入，井下地层结构越来越复杂，深井和高温高压井以及大位移井、长水平段水平井等特殊工艺井越来越多，井下事故及复杂情况的发生率也越来越多。

钻压的测量能预测钻具的造斜能力，从而控制钻井轨迹。目前，钻压测量主要靠钻台指重显示钻压数据对井下状况进行判断，但由于摩阻、钻柱受力、井眼约束、钻井液粘附等因素的影响，使得地面测量与井下实际情况存在一定偏差，不仅影响井身质量，而且影响钻具的安全使用。

因此，如何提高钻压扭矩的测量精度是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种井下钻压扭矩测量工具，能够提高钻压扭矩的测量精度。

为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种井下钻压扭矩测量工具，包括钻铤短节、应变测量仪、控制装置及钻压扭矩数据采控短节；

所述钻铤短节的侧壁上分别开设有第一安装槽和第二安装槽，所述应变测量仪和所述控制装置分别封装于所述第一安装槽和第二安装槽内，且所述应变测量仪与所述第一安装槽的槽壁过盈配合；

所述钻压扭矩数据采控短节安装在所述钻铤短节内；

所述应变测量仪与所述控制装置信号连接，能够将测得的扭矩信号传递给所述控制装置，所述控制装置用于将所述扭矩信号进行处理；

所述钻压扭矩数据采控短节与所述控制装置信号连接，用于存储并接收所述控制装置传递的处理后的数据信号。

在一个具体实施方案中，所述应变测量仪包括圆柱主体、基板及多组应变片组件；

所述基板设置在所述圆柱主体的底端，且所述基板过盈卡接在所述第一安装槽的槽壁；

所述应变片组件依次粘贴在所述基板上。

在另一个具体实施方案中，所述基板为陶瓷制成；

和/或

所述应变片组件包括四臂电桥电路及集成安装在每臂所述电桥电路上的多个应变片；

和/或

所述应变测量仪与所述第一安装槽配合的过盈量大于或者等于0.03mm，且小于或者等于0.04mm；

和/或

所述应变测量仪与所述第一安装槽的配合处环周安装有压力感应贴片；和/或

所述应变测量仪和所述第一安装槽的个数相等，均大于或者等于2个，且一一对应安装，

当所述应变测量仪和所述第一安装槽的个数均为2个时，2个所述第一安装槽分别置于所述第二安装槽的两侧，且分别与所述第二安装槽间隔90°设置。

在另一个具体实施方案中，所述控制装置包括控制电路板和蓝牙板；

所述控制电路板与所述应变测量仪信号连接，用于接收所述应变测量仪测得的扭矩信号，并处理所述扭矩信号；

所述蓝牙板分别与所述控制电路板及所述钻压扭矩数据采控短节信号连接，用于将所述控制电路板处理后的数据信号传递给所述钻压扭矩数据采控短节存储，并能够在扭矩测量结束后，将存储在所述钻压扭矩数据采控短节内数据传出。

在另一个具体实施方案中，所述控制装置还包括过线承压塞；

所述过线承压塞固定安装在所述第二安装槽内，所述控制电路板和所述蓝牙板安装在所述过线承压塞内；

所述第一安装槽和第二安装槽之间通过连接孔导通，所述连接孔用于电连接所述控制电路板和所述应变测量仪的导线穿过。

在另一个具体实施方案中，所述钻压扭矩数据采控短节包括封闭壳体和短节电路板；

所述第二安装槽的槽底与所述钻铤短节的内腔导通；

所述封闭壳体的侧壁上设置有凸起部，所述凸起部从所述第二安装槽的槽底延伸到所述第二安装槽内，所述凸起部上开设有与所述封闭壳体的内腔导通的安装孔，所述过线承压塞与所述安装孔连接。

在另一个具体实施方案中，所述安装孔为螺纹孔，所述过线承压塞与所述安装孔螺纹连接；

和/或

所述封闭壳体包括凸异电路连接件、承压筒、上堵头和下堵头；

所述凸起部设置在中空的所述凸异电路连接件上，所述上堵头与所述凸异电路连接件的顶端密封连接，所述承压筒的顶端与所述凸异电路连接件的底端密封连接，所述承压筒的底端与所述下堵头密封连接。

在另一个具体实施方案中，所述钻压扭矩数据采控短节还包括电路板骨架；

所述电路板骨架安装在所述承压筒内，所述短节电路板通过有机硬硅胶灌封镶嵌在所述电路板骨架上；

和/或

所述钻压扭矩数据采控短节还包括电池组件，所述电池组件通过有机硅胶灌装在所述承压筒内，且与所述短节电路板电连接，给所述短节电路板供电。

在另一个具体实施方案中，所述钻压扭矩数据采控短节还包括减震结构件、螺纹压环及凹形压块；

所述减震结构件与所述凸异电路连接件的内壁连接，所述螺纹压块与所述凸异电路连接件连接；

所述减震结构件的底端与所述螺纹压块的顶端连接，所述凹形压块的顶端与所述螺纹压块的底端连接；

所述电路板骨架的顶端与所述凹形压块的底端连接。

在另一个具体实施方案中，所述井下钻压扭矩测量工具还包括扶正器；

所述扶正器位于所述封闭壳体内，且所述扶正器安装在所述承压筒的底端。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

不限于任何理论，从以上公开内容可以看出，本发明公开的井下钻压扭矩测量工具，使用时，应变测量仪将测得的扭矩信号传递给控制装置，控制装置将接收的扭矩信号进行迭代处理，并将处理后的数据信号传递给钻压扭矩数据采控短节，钻压扭矩数据采控短节存储下全部数据，直到测量结束。本发明中，由于应变测量仪封装于钻铤短节上开设的第一安装槽内，避免了外部泥浆影响应变测量仪的测量准确度，提高了钻压扭矩的测量精度。

此外，控制装置封装在钻铤短节的第二安装槽内，避免了泥浆渗入，损坏控制装置。应变测量仪与第一安装槽的槽壁过盈配合，避免了过多破坏钻铤短节的结构。

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为本发明提供的井下钻压扭矩测量工具的结构示意图；

图2为图1的B-B剖视结构示意图；

图3为图1的A-A剖视结构示意图；

图4为本发明提供的凸异电路连接件的结构示意图；

图5为本发明提供的应变片组件的结构示意图。

其中，图1-5中：

钻铤短节1、应变测量仪2、控制装置3、钻压扭矩数据采控短节4、第一安装槽101、第二安装槽102、圆柱主体201、基板202、应变片组件203、控制电路板301、蓝牙板302、过线承压塞303、短节电路板401、凸异电路连接件402、承压筒403、上堵头404、下堵头405、电路板骨架406、电池组件407、减震结构件408、螺纹压环409、凹形压块410、扶正器5、第一密封塞6、第二密封塞7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本发明公开内容更清楚透彻的理解，其中下方等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

可以理解，这里所用的术语仅是为了描述特定实施例，并非要限制本发明。在这里使用时，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一”和“”也旨在包括复数形式。进一步地，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表明特征、整体、步骤、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、组件和/或其组合的存在或增加。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

如图1-5所示，本发明公开了一种井下钻压扭矩测量工具，其中，井下钻压扭矩测量工具包括钻铤短节1、应变测量仪2、控制装置3及钻压扭矩数据采控短节4。

具体地，钻铤短节1为无磁钻铤短节1，钻铤短节1的两端分别开设有螺纹孔，便于连接钻柱或者其它井下工具。

钻铤短节1的侧壁上分别开设有第一安装槽101和第二安装槽102，应变测量仪2和控制装置3分别封装于第一安装槽101和第二安装槽102内，具体地，第一安装槽101通过第一密封塞6将应变测量仪2密封在第一安装槽101内，第二安装槽102通过第二密封塞7将控制装置3密封在第二安装槽102内。第一密封塞6和第二密封塞7分别可拆卸密封连接在第一安装槽101的槽顶和第二安装槽102的槽顶，以便于第一密封塞6和第二密封塞7的更换。

需要说明的是，第一安装槽101和第二安装槽102的形状不限，可以是圆形槽，也可以是方形槽等。本实施例以第一安装槽101和第二安装槽102均为圆形槽为例。对应地，第一密封塞6和第二密封塞7均为圆形密封塞。

应变测量仪2与第一安装槽101的槽壁过盈配合。具体地，应变测量仪2上集成多个应变片，减轻了将单个应变片分别安装在钻铤短节1上，对钻铤短节1的结构强度影响。

钻压扭矩数据采控短节4安装在钻铤短节1内，应变测量仪2与控制装置3信号连接，能够将测得的扭矩信号传递给控制装置3，控制装置3用于将扭矩信号进行处理。钻压扭矩数据采控短节4与控制装置3信号连接，用于存储并接收控制装置3传递的处理后的数据信号。

本发明公开的井下钻压扭矩测量工具，使用时，应变测量仪2将测得的扭矩信号传递给控制装置3，控制装置3将接收的扭矩信号进行迭代处理，并将处理后的数据信号传递给钻压扭矩数据采控短节4，钻压扭矩数据采控短节4存储下全部数据，直到测量结束。本发明中，由于应变测量仪2封装于钻铤短节1上开设的第一安装槽101内，避免了外部泥浆影响应变测量仪2的测量准确度，提高了钻压扭矩的测量精度。

此外，控制装置3封装在钻铤短节1的第二安装槽102内，避免了泥浆渗入，损坏控制装置3。应变测量仪2与第一安装槽101的槽壁过盈配合，避免了过多破坏钻铤短节1的结构。

在其中一些实施例中，应变测量仪2包括圆柱主体201、基板202及多组应变片组件203，基板202设置在圆柱主体201的底端，且基板202过盈卡接在第一安装槽101的槽壁，应变片组件203依次粘贴在基板202上。

需要说明的是，基板202采用高温环境下散热性好且不易变形的材料制成，例如，基板202为陶瓷制成，或者其它类陶瓷材料等制成。应变片组件203按顺序依次粘贴在基板202上，应变片组件203的组数不限，本实施例以每个应变测量仪2上的应变片的组件为8组为例，2组设置在与钻铤短节1的轴线垂直的位置，2组设置在与钻铤短节1的轴线平行的位置，2组设置在与钻铤短节1的轴线呈45°角的位置，最后两组设置在与钻铤短节1的轴线呈135°的位置，如图5所示。通过与钻铤短节1的轴线垂直设置及水平设置的应变片组件203来测量井下钻压。

在一些实施例中，本发明公开了应变片组件203包括四臂电桥电路及集成安装在每臂电桥电路上的多个应变片，用于补偿井下钻压测量误差。

进一步地，本发明公开了应变测量仪2和第一安装槽101的个数相等，均大于或者等于2个，且一一对应安装，以实现控制装置3收集至少两个应变测量仪2的转矩信号，便于实现对比矫正，进一步提高转矩测量的精度。

当应变测量仪2和第一安装槽101的个数均为2个时，2个第一安装槽101分别置于第二安装槽102的两侧，且分别与第二安装槽102间隔90°设置，如图3所示。

进一步地，本发明公开了应变测量仪2与第一安装槽101配合的过盈量大于或者等于0.03mm，且小于或者等于0.04mm，本发明的发明人经过多次创造性的试验，得到，在此范围值内，应变测量仪2容易安装，且拆卸时接触面不会拉伤。

为了有效预防应变测量仪2在恶劣的井下环境下移位，本发明公开了应变测量仪2与第一安装槽101的配合处环周安装有压力感应贴片。

在一些实施例中，本发明具体公开了控制装置3包括控制电路板301和蓝牙板302，具体地，控制电路板301和蓝牙板302的板外部均用密封胶进行密封。控制电路板301与应变测量仪2信号连接，用于接收应变测量仪2测得的扭矩信号，并处理扭矩信号。

蓝牙板302分别与控制电路板301及钻压扭矩数据采控短节4信号连接，用于将控制电路板301处理后的数据信号传递给钻压扭矩数据采控短节4存储，并能够在扭矩测量结束后，将存储在钻压扭矩数据采控短节4内数据传出。具体地，使用时，蓝牙板302能够与地面控制***通过地面接口盒与蓝牙板302信号连接，便于接收蓝牙板302传递的钻压扭矩数据采控短节4内存储的数据。

进一步地，控制装置3还包括过线承压塞303，过线承压塞303固定安装在第二安装槽102内，控制电路板301和蓝牙板302安装在过线承压塞303内。

第一安装槽101和第二安装槽102之间通过连接孔导通，连接孔用于电连接控制电路板301和应变测量仪2的导线穿过。

在一些实施例中，钻压扭矩数据采控短节4包括封闭壳体和短节电路板401，第二安装槽102的槽底与钻铤短节1的内腔导通，封闭壳体的侧壁上设置有凸起部，凸起部从第二安装槽102的槽底延伸到第二安装槽102内，凸起部上开设有与封闭壳体的内腔导通的安装孔，过线承压塞303与安装孔连接。

具体地，安装孔为螺纹孔，过线承压塞303与安装孔螺纹连接，便于拆卸安装。需要说明的是，安装孔也可以与过线承压塞303卡扣连接等。

进一步地，本发明具体公开了封闭壳体包括凸异电路连接件402、承压筒403、上堵头404和下堵头405。

凸起部设置在中空的凸异电路连接件402上，凸异电路连接件402通过过线承压塞303将钻压扭矩数据采控短节4与钻铤短节1进行接触性连接。

上堵头404与凸异电路连接件402的顶端密封连接，具体地，上堵头404与凸异电路连接件402的顶端螺纹连接。承压筒403的顶端与凸异电路连接件402的底端密封连接，承压筒403的底端与下堵头405密封连接，具体地，承压筒403的底端与下堵头405螺纹连接。封闭壳体形成一个密闭空间用于保护内部的短节电路板401不被井下高温高压的钻井液环境损坏。

具体地，凸异电路连接件402的内腔呈圆柱状，凸异电路连接件402的表面呈弧形，与钻铤短节1的内壁贴合，两端做过渡圆弧处理，有效避免泥浆冲蚀。

进一步地，本发明公开了钻压扭矩数据采控短节4还包括电路板骨架406，电路板骨架406安装在承压筒403内，短节电路板401通过有机硬硅胶灌封镶嵌在电路板骨架406上，具体地，电路板骨架406的双面开槽，短节电路板401(控制电路、存储芯片及其他处理电路集成在短节电路板401)镶嵌在电路板骨架406上，灌封有4mm-5mm的有机硬硅胶，预防井下恶劣环境对电路***的影响。

进一步地，本发明公开了钻压扭矩数据采控短节4还包括电池组件407，电池组件407通过有机硅胶灌装在承压筒403内，且与短节电路板401电连接，给短节电路板401供电。

具体地，电池组件407由多个高温锂电池组成，采用有机硅灌封，起到保护高温锂电池和减震作用。

进一步地，本发明公开了钻压扭矩数据采控短节4还包括减震结构件408、螺纹压环409及凹形压块410，减震结构件408与凸异电路连接件402的内壁连接，螺纹压块与凸异电路连接件402连接。减震结构件408的底端与螺纹压块的顶端连接，凹形压块410的顶端与螺纹压块的底端连接。电路板骨架406的顶端与凹形压块410的底端连接。减震结构件408、螺纹压环409及凹形压块410的设置具有减震和固定结构的效果。

在其中一些实施例中，井下钻压扭矩测量工具还包括扶正器5，扶正器5位于封闭壳体内，且扶正器5安装在承压筒403的底端，能够有效减少震动对短节电路板401和电池组件407的损坏。

本发明具体实施方式提供的钻压扭矩井下参数测量工具，在现场使用时，需要将地面控制***通过地面接口盒与蓝牙板302进行连接，对钻压扭矩数据采控短节4进行参数设置，在入井工作，该工具已经成功在卫5*-2造斜段、自2*1H水平段等多口井试验，获取东濮工区和川南工区钻进工程参数变化情况，对比了井下和地面工程参数的差异情况，分析了工程参数的传递效率。

本发明可直接采集井下钻压扭矩，持续测量和记录井下钻压扭矩的变化情况，通过分析测量的钻压扭矩数据，掌握井下钻具的受力状态和运动规律。其结构设计合理，安装方便，使用简单，降低了后期的维护难度。

需要说明的是，顶端和底端是沿着上堵头到下堵头的方向定义的，上堵头到下堵头为顶端到底端，仅为了表述的方便，并不具有其它特定含义。诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造特点相一致的最宽的范围。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，包括钻铤短节、应变测量仪、控制装置及钻压扭矩数据采控短节；

所述钻铤短节的侧壁上分别开设有第一安装槽和第二安装槽，所述应变测量仪和所述控制装置分别封装于所述第一安装槽和第二安装槽内，且所述应变测量仪与所述第一安装槽的槽壁过盈配合；

所述钻压扭矩数据采控短节安装在所述钻铤短节内；

所述应变测量仪与所述控制装置信号连接，能够将测得的扭矩信号传递给所述控制装置，所述控制装置用于将所述扭矩信号进行处理；

所述钻压扭矩数据采控短节与所述控制装置信号连接，用于存储并接收所述控制装置传递的处理后的数据信号。

2.根据权利要求1所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述应变测量仪包括圆柱主体、基板及多组应变片组件；

所述基板设置在所述圆柱主体的底端，且所述基板过盈卡接在所述第一安装槽的槽壁；

所述应变片组件依次粘贴在所述基板上。

3.根据权利要求2所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述基板为陶瓷制成；

和/或

所述应变片组件包括四臂电桥电路及集成安装在每臂所述电桥电路上的多个应变片；

和/或

所述应变测量仪与所述第一安装槽配合的过盈量大于或者等于0.03mm，且小于或者等于0.04mm；

和/或

所述应变测量仪与所述第一安装槽的配合处环周安装有压力感应贴片；

和/或

所述应变测量仪和所述第一安装槽的个数相等，均大于或者等于2个，且一一对应安装，

当所述应变测量仪和所述第一安装槽的个数均为2个时，2个所述第一安装槽分别置于所述第二安装槽的两侧，且分别与所述第二安装槽间隔90°设置。

4.根据权利要求3所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述控制装置包括控制电路板和蓝牙板；

所述控制电路板与所述应变测量仪信号连接，用于接收所述应变测量仪测得的扭矩信号，并处理所述扭矩信号；

所述蓝牙板分别与所述控制电路板及所述钻压扭矩数据采控短节信号连接，用于将所述控制电路板处理后的数据信号传递给所述钻压扭矩数据采控短节存储，并能够在扭矩测量结束后，将存储在所述钻压扭矩数据采控短节内数据传出。

5.根据权利要求4所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述控制装置还包括过线承压塞；

所述过线承压塞固定安装在所述第二安装槽内，所述控制电路板和所述蓝牙板安装在所述过线承压塞内；

所述第一安装槽和第二安装槽之间通过连接孔导通，所述连接孔用于电连接所述控制电路板和所述应变测量仪的导线穿过。

6.根据权利要求5所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述钻压扭矩数据采控短节包括封闭壳体和短节电路板；

所述第二安装槽的槽底与所述钻铤短节的内腔导通；

所述封闭壳体的侧壁上设置有凸起部，所述凸起部从所述第二安装槽的槽底延伸到所述第二安装槽内，所述凸起部上开设有与所述封闭壳体的内腔导通的安装孔，所述过线承压塞与所述安装孔连接。

7.根据权利要求6所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述安装孔为螺纹孔，所述过线承压塞与所述安装孔螺纹连接；

和/或

所述封闭壳体包括凸异电路连接件、承压筒、上堵头和下堵头；

所述凸起部设置在中空的所述凸异电路连接件上，所述上堵头与所述凸异电路连接件的顶端密封连接，所述承压筒的顶端与所述凸异电路连接件的底端密封连接，所述承压筒的底端与所述下堵头密封连接。

8.根据权利要求7所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述钻压扭矩数据采控短节还包括电路板骨架；

所述电路板骨架安装在所述承压筒内，所述短节电路板通过有机硬硅胶灌封镶嵌在所述电路板骨架上；

和/或

所述钻压扭矩数据采控短节还包括电池组件，所述电池组件通过有机硅胶灌装在所述承压筒内，且与所述短节电路板电连接，给所述短节电路板供电。

9.根据权利要求8所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，所述钻压扭矩数据采控短节还包括减震结构件、螺纹压环及凹形压块；

所述减震结构件与所述凸异电路连接件的内壁连接，所述螺纹压块与所述凸异电路连接件连接；

所述减震结构件的底端与所述螺纹压块的顶端连接，所述凹形压块的顶端与所述螺纹压块的底端连接；

所述电路板骨架的顶端与所述凹形压块的底端连接。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的井下钻压扭矩测量工具，其特征在于，还包括扶正器；

所述扶正器位于所述封闭壳体内，且所述扶正器安装在所述承压筒的底端。

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