CN115785939A - 一种油气开采酸化压裂液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及稠油开采技术领域,具体公开一种油气开采酸化压裂液及其制备方法。所述酸化压裂液包括如下重量份的组分:水100份、稠化剂0.2~0.45份、压裂助排剂0.2~0.8份、金属离子螯合剂0.15~0.27份、铁离子稳定剂0.5~1.1份、酸液15~25份。其中:所述铁离子稳定剂采用如下的制备方法:将二氯亚砜液体、粘结剂粉末、膨胀石墨混合均匀后造粒;然后将熔融的石蜡液包覆在所述造粒得到的颗粒物表面形成石蜡包覆层,待该包覆层冷却后即得铁离子稳定剂。本发明的酸化压裂液含有新型的铁离子稳定剂,其不仅能够将铁离子还原为亚铁离子提高沉淀形成的难度,而且能够向酸化压裂液补充氢离子,降低铁离子沉淀的形成。
Description
技术领域
本发明涉及稠油开采技术领域,尤其涉及一种油气开采酸化压裂液及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在足以压开地层形成裂缝或张开地层原有裂缝的压力下对地层挤入酸化压裂液的油气开采工艺称为压裂酸化。在酸压过程中靠酸液的溶蚀作用将裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面,当停泵卸压后裂缝壁面不会完全闭合,从而形成具有导流作用的油气通道,能够很好地提高油井生产能力。然而,在酸化压裂液对地层中的矿物质进行溶蚀的过程中会不可避免地产生铁离子、亚铁离子等,对于铁离子而言,其在所处体系的pH>2时就开始形成沉淀,尤其是随着酸化压裂液中氢离子不断的消耗而导致pH上升,为铁离子形成沉淀物创造了有利条件,随着这些沉淀物的积累容易造成形成的裂缝被堵塞、阻断,影响压裂效果,进而影响油气的开采效率。
传统的克服上述问题的方式主要为在酸化压裂液中加入成本较低的柠檬酸或柠檬酸钠等铁离子稳定剂。但柠檬酸容易和地层中的钙离子形成溶度积较低的柠檬酸钙,这种物质也容易沉积造成地层被压裂后形成的裂缝的堵塞、阻断。但如果降低酸化压裂液中柠檬酸的浓度,又难以满足对铁离子的稳定需要。因此,这类传统的酸化压裂液在实际使用过程中仍然存在着诸多不足,影响施工效果、油气开采效率。
发明内容
鉴于此,本发明提供一种油气开采酸化压裂液及其制备方法。本发明的酸化压裂液含有新型的铁离子稳定剂,其不仅能够将铁离子还原为亚铁离子提高沉淀形成的难度,而且能够向酸化压裂液补充氢离子,破坏沉淀的形成条件。为实现上述目的,本发明公开如下所述的技术方案。
第一方面,本发明公开一种油气开采酸化压裂液,包括如下重量份的组分:水100份、稠化剂0.2~0.45份、压裂助排剂0.2~0.8份、金属离子螯合剂0.15~0.27份、铁离子稳定剂0.5~1.1份、酸液15~25份。其中:所述铁离子稳定剂采用如下的制备方法:将二氯亚砜液体、粘结剂粉末、膨胀石墨混合均匀后造粒。然后将熔融的石蜡液包覆在所述造粒得到的颗粒物表面形成石蜡包覆层,待该包覆层冷却后即得所述铁离子稳定剂。
进一步地,所述稠化剂包括:***胶、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基羟丙基胍胶等中的任意一种。所述稠化剂的主要作用是增加酸化压裂液的粘度,限制氢离子与地层的反应程度,使酸液能够到达更深的地层中,增加酸化渗透距离。
进一步地,所述压裂助排剂包括:氟碳类表面活性剂、硅氧烷类表面活性剂、脂肪醇聚醚的复配物、脂肪醇聚醚与阳离子表活剂复配物等中的任意一种。所述助排剂的主要作用是降低水的表面张力,提高酸化压裂液的返排速度和返排程度。
进一步地,所述酸化压裂液中还包括1~3重量份的缓蚀剂。所述缓蚀剂主要作用是在金属表面形成保护膜,阻止酸与金属接触,降低酸化压裂液对井下油管、套管和一些金属设施等的腐蚀。可选地,所述缓蚀剂包括:曼尼希碱类缓蚀剂、咪唑啉类缓蚀剂等中的任意一种。
进一步地,所述金属离子螯合剂包括:柠檬酸、柠檬酸盐等中的任意一种,其能够鳌和地层中产生的铁离子、亚铁离子等金属离子,降低游离的金属离子浓度,减少沉淀的形成。
进一步地,所述酸液为盐酸、氢氟酸和醋酸的按照质量比3.5~5:1.6~2.1:2.8~3.4形成的混合物。可选地,所述盐酸的质量分数为 15~20%,所述氢氟酸的质量分数为 3~5%,所述醋酸的质量分数为5~10%。
进一步地,所述二氯亚砜液体、粘结剂粉末、膨胀石墨的比例为10~15重量份:23~27重量份:4~7重量份。其中:所述膨胀石墨的粒径为200~300目。所述粘结剂包括淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、环糊精等中的任意一种。
进一步地,所述石蜡液与颗粒物的比例为2.5~4重量份:10~15重量份。所述造粒得到的颗粒物粒径在0.5~1.5mm之间,也可以根据实际需要选择合适的颗粒物粒径,本发明不再赘述。优选地,所述石蜡液的温度不高于60℃,如60~50℃等。
第二方面,本发明公开所述油气开采酸化压裂液的制备方法,包括如下步骤:先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂和/或缓蚀剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液。使用时,将所述稠化压裂液注入地层中制造裂缝,然后将所述酸液、铁离子稳定剂加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀即可。
与现有技术相比,本发明至少具有以下方面的有益效果:
(1)本发明的酸化压裂液采用合成的新型铁离子稳定剂,不仅有助于将铁离子还原为亚铁离子,提高沉淀形成的难度,而且能够向酸化压裂液中补充氢离子,降低铁离子沉淀的形成。其原因在于:本发明以二氯亚砜、粘结剂、膨胀石墨为原料将其制成内核,并在该内核表面包覆石蜡包覆层形成核壳式的铁离子稳定剂。首先,这种铁离子稳定剂在石蜡包覆层的保护下可使内核与外界的酸液隔离,从而避免压裂液中的水分提前进入内核中与所述二氯亚砜反应,导致铁离子稳定剂过早发挥作用被消耗。而在所述石蜡包覆层的保护下,可使本发明的铁离子稳定剂随酸化压裂液进入到地层一定深度下,在油藏高温的作用下所述石蜡包覆层逐渐融化,再将铁离子稳定剂的内核释放,此时,由于酸化压裂液在进入地层的行进过程中与地层中的矿物质反应,导致酸化压裂液中的氢离子被消耗,pH上升,为铁离子形成沉淀创造了有利条件,而此时所述铁离子稳定剂的内核的被释放与介入则有助于及时打破所述的有利条件,提高沉淀形成的难度。这是由于石蜡包覆层融化后,所述内核中的二氯亚砜与压裂液中的水分反应(SOCl2 + H2O→SO2 + HCl)产生二氧化硫和氯化氢,这两种气体溶于水形成亚硫酸和盐酸,可同时为酸化压裂液补充氢离子,降低酸化压裂液的pH值,而pH越低越不利于铁离子形成沉淀,而且有利于已经形成的沉淀的溶解。另外,由于所述氢离子的补充,可使本发明的酸化压裂液进一步与地层反应,有助于增加酸化渗透距离,提高油气开采率。同时,具有还原性的所述亚硫酸能够将铁离子还原为亚铁离子(Fe3+ +H2SO3→Fe2+ + H2SO4),从而将容易形成沉淀的铁离子转换为不易形成沉淀的亚铁离子(在pH大于7时才开始形成沉淀)。可以看出,本发明利用具有特殊成分和功能的新型铁离子稳定剂从多个方面提高了铁离子形成沉淀的难度,有效缓解了由于随着酸化压裂液与地层反应导致其中氢离子消耗而造成的铁离子形成沉淀的问题。
(2)本发明的新型铁离子稳定剂中还含有粘结剂和膨胀石墨,膨胀石墨是一种具有良好吸附性能的多孔状物质,不仅便于对二氯亚砜容纳、存储,而且当所述内核释放进入压裂液中解体将粘结剂和膨胀石墨释放到压裂液中后,所述粘结剂有助于增加压裂液的粘度,从而限制氢离子与地层的反应程度,使酸液能够到达更深的地层中,增加酸化渗透距离。所述膨胀石墨对金属离子具有良好的吸附能力,可吸收反应产生的铁离子、亚铁离子、钙离子、镁离子等金属离子,减少金属沉淀的形成,同时由于膨胀石墨具有良好的润滑性,其不会像沉积在地层缝隙中的金属沉淀一样造成堵塞,而是会随着后续的返排过程携带着吸附的金属离子排出。另外,所述金属离子螯合剂能够螯合二价、三价金属离子形成可溶性的螯合离子,减少压裂液中的只有金属离子,从而有助于减少金属沉淀的形成。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
另外,除非另行定义,本发明中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得,如无特殊说明,本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。
此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。现结合具体实施例对本发明的技术进一步举例说明。
实施例1
一种油气开采酸化压裂液的制备,包括如下步骤:
(1)铁离子稳定剂的制备:将液态的二氯亚砜、羧甲基纤维素粉末、粒径在200~300目之间的膨胀石墨粉按照14重量份:25重量份:5.5重量份的比例混合后置于造粒机中造粒,形成粒径分布在0.5~1.0mm间的颗粒物,备用。
(2)按照石蜡液与颗粒物的为3:14的重量份比,将步骤(2)制备的所述颗粒物置于滚动式包覆机中,然后将温度为55℃的熔融石蜡液利用高速喷头喷洒在颗粒物上进行滚动包覆,从而在颗粒物表面形成石蜡包覆层,完成后在滚动状态下进行冷却,同时吹风辅助冷却,待冷却至室温,即得核壳式铁离子稳定剂。
(3)准备如下重量份的组分:水100份、稠化剂(羧甲基羟丙基胍胶)0.35份、压裂助排剂(脂肪醇聚醚的复配物,贝克休斯公司的NE-940)0.6份、金属离子螯合剂(柠檬酸钠)0.2份、本实施例制备的铁离子稳定剂0.8份、酸液(质量分数20%的盐酸、质量分数5%的氢氟酸、质量分数5%的醋酸按照质量比3.5:1.6:2.8形成的混合物)20份。
(4)先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液,备用。使用时,用高压设备将本实施例的稠化压裂液注入到某油田的稠油开采试验的油井生产层中制造裂缝。然后将所述酸液、铁离子稳定剂加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀,以在撤去所述高压后防止裂缝闭合。最后计算本实施例酸化压裂液的采油率,结果为32.78%。
实施例2
一种油气开采酸化压裂液的制备,包括如下步骤:
(1)铁离子稳定剂的制备:将液态的二氯亚砜、聚乙烯醇1788粉末、粒径在200~300目之间的膨胀石墨粉按照16重量份:23重量份:7重量份的比例混合后置于造粒机中造粒,形成粒径分布在1.0~1.5mm间的颗粒物,备用。
(2)按照石蜡液与颗粒物的为2.5:10的重量份比,将步骤(2)制备的所述颗粒物置于滚动式包覆机中,然后将温度为60℃的熔融石蜡液利用高速喷头喷洒在颗粒物上进行滚动包覆,从而在颗粒物表面形成石蜡包覆层,完成后在滚动状态下进行冷却,同时吹风辅助冷却,待冷却至室温,即得核壳式铁离子稳定剂。
(3)准备如下重量份的组分:水100份、稠化剂(羧甲基纤维素钠)0.2份、压裂助排剂(脂肪醇聚醚与阳离子表活剂复配物,威德福公司的NE-201)0.5份、金属离子螯合剂(柠檬酸钠)0.15份、本实施例制备的铁离子稳定剂1.0份、酸液(质量分数15%的盐酸、质量分数3%的氢氟酸、质量分数8%的醋酸按照质量比4:1.8:3形成的混合物)15份。
(4)先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液,备用。使用时,采用与实施例1相同的方式,利用高压设备将本实施例的稠化压裂液注入到某油田的稠油开采试验的油井生产层中制造裂缝。然后将所述酸液、铁离子稳定剂加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀,以在撤去所述高压后防止裂缝闭合。最后计算本实施例酸化压裂液的采油率,结果为30.26%。
实施例3
一种油气开采酸化压裂液的制备,包括如下步骤:
(1)铁离子稳定剂的制备:将液态的二氯亚砜、预糊化玉米淀粉粉末、粒径在200~300目之间的膨胀石墨粉按照10重量份:27重量份:4重量份的比例混合后置于造粒机中造粒,形成粒径分布在1.0~1.5mm间的颗粒物,备用。
(2)按照石蜡液与颗粒物的为4:15的重量份比,将步骤(2)制备的所述颗粒物置于滚动式包覆机中,然后将温度为50℃的熔融石蜡液利用高速喷头喷洒在颗粒物上进行滚动包覆,从而在颗粒物表面形成石蜡包覆层,完成后在滚动状态下进行冷却,同时吹风辅助冷却,待冷却至室温,即得核壳式铁离子稳定剂。
(3)准备如下重量份的组分:水100份、稠化剂(***胶)0.3份、压裂助排剂(氟碳表面活性剂,上海梓意化工有限公司,ZY-823)0.2份、金属离子螯合剂(柠檬酸钠)0.2份、缓蚀剂(水溶性咪唑啉缓蚀剂,济宁棠邑化工有限公司)1份、本实施例制备的铁离子稳定剂0.5份、酸液(质量分数20%的盐酸、质量分数4%的氢氟酸、质量分数10%的醋酸按照质量比5:2.1:3.4形成的混合物)17份。
(4)先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂和缓蚀剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液,备用。使用时,采用与实施例1相同的方式,利用高压设备将本实施例的稠化压裂液注入到某油田的稠油开采试验的油井生产层中制造裂缝。然后将所述酸液、铁离子稳定剂加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀,以在撤去所述高压后防止裂缝闭合。最后计算本实施例酸化压裂液的采油率,结果为33.56%。
实施例4
一种油气开采酸化压裂液的制备,包括如下步骤:
(1)铁离子稳定剂的制备:将液态的二氯亚砜、β-环糊精粉末、粒径在200~300目之间的膨胀石墨粉按照12重量份:24.5重量份:5重量份的比例混合后置于造粒机中造粒,形成粒径分布在0.5~1.0mm间的颗粒物,备用。
(2)按照石蜡液与颗粒物的为3:13的重量份比,将步骤(2)制备的所述颗粒物置于滚动式包覆机中,然后将温度为55℃的熔融石蜡液利用高速喷头喷洒在颗粒物上进行滚动包覆,从而在颗粒物表面形成石蜡包覆层,完成后在滚动状态下进行冷却,同时吹风辅助冷却,待冷却至室温,即得核壳式铁离子稳定剂。
(3)准备如下重量份的组分:水100份、稠化剂(羟甲基纤维素)0.45份、压裂助排剂(聚醚改性三硅氧烷,杭州硅途新材料科技有限公司,GT-246D)0.8份、金属离子螯合剂(柠檬酸)0.27份、缓蚀剂(曼尼希碱类缓蚀剂T-160,廊坊杰杰化工有限公司)3份、本实施例制备的铁离子稳定剂1.1份、酸液(质量分数20%的盐酸、质量分数4%的氢氟酸、质量分数10%的醋酸按照质量比5:2.1:3.4形成的混合物)25份。
(4)先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂和缓蚀剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液,备用。使用时,采用与实施例1相同的方式,利用高压设备将本实施例的稠化压裂液注入到某油田的稠油开采试验的油井生产层中制造裂缝。然后将所述酸液、铁离子稳定剂加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀,以在撤去所述高压后防止裂缝闭合。最后计算本实施例酸化压裂液的采油率,结果为35.17%。
实施例5
一种油气开采酸化压裂液的制备,包括如下步骤:
(1)准备如下重量份的组分:水100份、稠化剂(羧甲基羟丙基胍胶)0.35份、压裂助排剂(脂肪醇聚醚的复配物,贝克休斯公司的NE-940)0.6份、金属离子螯合剂(柠檬酸钠)1.0份、酸液(质量分数20%的盐酸、质量分数5%的氢氟酸、质量分数5%的醋酸按照质量比3.5:1.6:2.8形成的混合物)20份。
(2)先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液,备用。使用时,采用与实施例1相同的方式,利用高压设备将本实施例的稠化压裂液注入到某油田的稠油开采试验的油井生产层中制造裂缝。然后将所述酸液加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀,以在撤去所述高压后防止裂缝闭合。最后计算本实施例酸化压裂液的采油率,结果为20.63%。
实施例6
一种油气开采酸化压裂液的制备,同实施例2,区别在于:步骤(1)采用如下步骤:将液态的二氯亚砜、聚乙烯醇1788粉末按照16重量份:23重量份的比例混合后置于造粒机中造粒,形成粒径分布在1.0~1.5mm间的颗粒物。采用与实施例1相同的方式测试本实施例酸化压裂液的采油率,结果为26.39%。
实施例7
一种油气开采酸化压裂液的制备,包括如下步骤:
(1)铁离子稳定剂的制备:将液态的二氯亚砜、预糊化玉米淀粉粉末、粒径在200~300目之间的膨胀石墨粉按照10重量份:27重量份:4重量份的比例混合后置于造粒机中造粒,形成粒径分布在1.0~1.5mm间的颗粒物,将其作为铁离子稳定剂,备用。
(2)准备如下重量份的组分:水100份、稠化剂(***胶)0.3份、压裂助排剂(氟碳表面活性剂,上海梓意化工有限公司,ZY-823)0.2份、金属离子螯合剂(柠檬酸钠)0.2份、缓蚀剂(水溶性咪唑啉缓蚀剂,济宁棠邑化工有限公司)1份、本实施例制备的铁离子稳定剂0.5份、酸液(质量分数20%的盐酸、质量分数4%的氢氟酸、质量分数10%的醋酸按照质量比5:2.1:3.4形成的混合物)17份。
(3)先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂和缓蚀剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液,备用。使用时,采用与实施例1相同的方式,利用高压设备将本实施例的稠化压裂液注入到某油田的稠油开采试验的油井生产层中制造裂缝。然后将所述酸液、铁离子稳定剂加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀,以在撤去所述高压后防止裂缝闭合。最后计算本实施例酸化压裂液的采油率,结果为24.77%。
实施例8
一种油气开采酸化压裂液的制备,同实施例4,区别在于:步骤(1)采用如下步骤:(1)铁离子稳定剂的制备:将β-环糊精粉末、粒径在200~300目之间的膨胀石墨粉按照24.5重量份:5重量份的比例混合后置于造粒机中造粒,形成粒径分布在0.5~1.0mm间的颗粒物,备用。采用与实施例1相同的方式测试本实施例酸化压裂液的采油率,结果为21.57%。
从上述的测试结果可以看出,相对于实施例1~4,实施例5~8制备的酸化压裂液的采油率出现了不同程度的下降,这说明采用本发明工艺的实施例1~4制备的酸化压裂液更有利于减少铁离子沉淀的形成,提高地层中裂缝的渗透率,从而更有利于石油的采出,提高采油率。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油气开采酸化压裂液,其特征在于,包括如下重量份的组分:水100份、稠化剂0.2~0.45份、压裂助排剂0.2~0.8份、金属离子螯合剂0.15~0.27份、铁离子稳定剂0.5~1.1份、酸液15~25份;
其中:所述铁离子稳定剂采用如下的制备方法:将二氯亚砜液体、粘结剂粉末、膨胀石墨混合均匀后造粒;然后将熔融的石蜡液包覆在所述造粒得到的颗粒物表面形成石蜡包覆层,待该包覆层冷却后即得所述铁离子稳定剂。
2.根据权利要求1所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述稠化剂包括:***胶、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基羟丙基胍胶中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述压裂助排剂包括:氟碳类表面活性剂、硅氧烷类表面活性剂、脂肪醇聚醚的复配物、脂肪醇聚醚与阳离子表活剂复配物中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述酸化压裂液中还包括1~3重量份的缓蚀剂,或者,所述缓蚀剂包括:曼尼希碱类缓蚀剂、咪唑啉类缓蚀剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述金属离子螯合剂包括:柠檬酸、柠檬酸盐中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述酸液为盐酸、氢氟酸和醋酸的按照质量比3.5~5:1.6~2.1:2.8~3.4形成的混合物。
7. 根据权利要求6所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述盐酸的质量分数为15~20%,所述氢氟酸的质量分数为 3~5%,所述醋酸的质量分数为5~10%。
8.根据权利要求1-7任一项所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述二氯亚砜液体、粘结剂粉末、膨胀石墨的比例为10~15重量份:23~27重量份:4~7重量份;其中:所述膨胀石墨的粒径为200~300目;所述粘结剂包括淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、环糊精中的任意一种。
9.根据权利要求1-7任一项所述的油气开采酸化压裂液,其特征在于,所述石蜡液与颗粒物的比例为2.5~4重量份:10~15重量份;所述颗粒物粒径在0.5~1.5mm之间;所述石蜡液的温度不高于60℃。
10.权利要求1-9任一项所述的油气开采酸化压裂液的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:先将所述压裂助排剂、金属离子螯合剂和/或缓蚀剂加到水中搅拌均匀,然后加入所述稠化剂搅拌均匀形成稠化压裂液;使用时,将所述稠化压裂液注入地层中制造裂缝,然后将所述酸液、铁离子稳定剂加入到裂缝中对裂缝进行溶蚀即可。
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