CN116179173A - 一种钻井粘泥分散剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井粘泥分散剂及其制备方法，属于粘泥分散技术领域，所述分散剂由剥离剂和分散助剂组成，通过将分散剂加入到钻井液中，分散剂中的剥离剂可以对粘泥进行有效的分散，降低钻井液的粘度，解决了粘泥在掘进***和循环管道***中沉积形成堵死，影响钻井作业进程的问题，分散剂中的分散助剂可以降低钻井液的温度，解决高温造成分散剂失效，降低分散效果的问题，可以有效提高钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及粘泥分散技术领域，尤其涉及一种钻井粘泥分散剂及其制备方法。
背景技术
随着我国能源消费的持续升高，常规的资源已经无法满足日常的需求，因此进行深井钻探显得极为重要，钻井是地质勘探和矿床开发的一个重要环节，通常指勘探或开发石油、天然气等液态和气态矿产而钻凿井眼及大直径供水井的工程，钻井在国民经济建设中的应用极为广泛。
在钻井时，地下的岩石被钻头破碎成岩屑后，随钻井液流出到地面，在这个过程中，这些岩屑很容易絮凝，造成钻井液稳定性和流变性降低，这是因为岩屑成份主要为伊利石、绿泥石。伊利石是常见的一种黏土矿物，常由白云母﹑钾长石风化而成，并产于泥质岩中，是介于云母和高岭石及蒙脱石间的中间矿物，常是形成其他黏土矿物的中间过渡性矿物。绿泥石主要是中、低温热液作用，浅变质作用和沉积作用的产物，形成于区域变质形成的岩石，这些岩屑具有较强的粘性，在钻探勘挖、钻机掘进等过程中会沉积在掘进***和循环管道***中，形成大量粘泥胶团淤积，形成堵死，严重影响深井钻井工程进展，并且随着钻井深度的增加，温度也会越来越高，高温会对钻井液造成高温分散的现象，高温分散使钻井液中粘土颗粒变细、含量增加，从而引起钻井液流变性变差，出现高温稠化，具体表现为高温增粘、固结两种形式，增粘导致钻井液流变性变差，固结使其粘度增加，使粘泥淤积量进一步增多，因此在钻井过程中需要用分散剂对这些粘泥进行分散，增加钻井液流变性，使得钻井作业能够顺利进行，但是普通的分散剂在高温条件下其分散作用大大降低甚至失效，使得分散效果降低，难以在高温环境下运用。
因此，需要寻找一种钻井粘泥分散剂及其制备方法，解决高温导致分散剂失效，使分散效果降低的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种钻井粘泥分散剂及其制备方法，解决高温导致分散剂失效，使分散效果降低的问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种钻井粘泥分散剂，所述分散剂由剥离剂和分散助剂组成，所述分散助剂表面包覆有K-卡拉胶凝胶。
进一步，所述剥离剂包括以下重量份原料：
10-15份磺化琥珀酸二辛酯钠盐、5-7份脂肪醇聚氧乙烯醚、3-5份对羟基苯甲酸乙酯、3-7份焦磷酸钠、5-7份8羟基-喹啉柠檬酸盐。
进一步，所述分散助剂包括以下重量份原料：
8-10份硝酸铵、5-7份硫酸氢铵、7-10份丁二酸铵、60-80份K-卡拉胶、0.2-0.5份氯化钾。
进一步，所述分散助剂原料中硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵为固态。
一种钻井粘泥分散剂的制备方法，所述分散剂中剥离剂的制备方法如下：
A、将磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后加入水中溶解后得到混合液A；
B、将对羟基苯甲酸乙酯加入到75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
C、将焦磷酸钠、8羟基-喹啉柠檬酸盐混合均匀后加入水进行溶解，然后加入混合液A、对羟基苯甲酸乙酯混合液后于700-1000r/min速度下搅拌8-15min后得到剥离剂。
进一步，所述分散剂中分散助剂的制备方法如下：
a、将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵放入制粒机中压制成固体颗粒待用；
b、于K-卡拉胶中加入水混合均匀，加热至80-90℃搅拌3-5min得到K-卡拉胶溶液，于氯化钾中加入水制备成30wt％氯化钾溶液后加入到K-卡拉胶溶液中混合均匀，冷却至40-50℃形成凝胶后加入固体颗粒，搅拌混合均匀使固体颗粒包覆于凝胶中，然后冷藏12-24h后形成凝胶冻，将凝胶冻切成丁后得到分散助剂。
将分散剂分别制备成剥离剂和分散助剂加入到钻井液中，剥离剂中的磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、对羟基苯甲酸乙酯中的憎水基团会吸附在粘泥颗粒的表面，而其中的亲水基团指向钻井液，在粘泥颗粒表面形成吸附膜，使粘泥颗粒表面因相同电荷相互排斥进而被分散；剥离剂中的焦磷酸钠在钻井液中电离成离子后吸附在粘泥颗粒表面形成双电层结构，提高了粘泥颗粒表面的电荷密度，通过电荷间的相斥作用，克服了粘泥颗粒间的范德华引力，使粘泥颗粒进一步被分散；剥离剂中的8羟基-喹啉柠檬酸盐进入钻进液中，与分散后的粘泥颗粒中的钙离子等形成络合物，随着钻井液流出，防止粘泥之间再次粘结，大大提高了分散效果，但是随着钻井的深度增加，温度也会随之增加进而对分散剂中的物质造成影响降低其分散效果，因此在钻井液中加入了分散助剂，分散助剂可以降低钻井液的温度，防止高温对分散剂的影响，这是因为K-卡拉胶凝胶是热可逆性凝胶，当钻井液的温度随着钻井深度的增加而升高时，K-卡拉胶凝胶开始融化变成溶胶状态，将包覆在其内部的硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵释放出来，硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵与钻井液接触后，其中的N-H键断裂会吸收周围环境中的热量，进而降低了钻井液的温度，避免了高温对分散剂的影响。
进一步，所述步骤a中固体颗粒的粒径为0.5-1cm。
进一步，所述步骤b中冷藏温度为4-10℃。
进一步，所述步骤b中凝胶丁的体积为0.5-8cm3。
K-卡拉胶凝胶遇高温时会逐渐融化释放出包覆在其中的硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵吸收周围环境中的热量，进而降低钻井液的温度，若将凝胶丁的体积切得过大，会延长其溶解时间，不能及时降低钻井液中的温度，会造成分散剂中的物质受到高温影响而部分失效，降低分散效果，因此需要将凝胶冻切成较小体积的凝胶丁。
进一步，所述分散剂的使用方法如下：
按照重量比2：(1-10)的比例称取剥离剂和分散助剂，然后依次加入到钻井液中对粘泥进行分散，所述分散剂与钻井液的重量比为(8-15)：100。
有益效果：
1、本发明公开的一种钻井粘泥分散剂及其制备方法，可以有效分散粘泥，解决粘泥在掘进***和循环管道***中沉积形成堵死的问题，提高了钻井作业效率。
2、本发明公开的一种钻井粘泥分散剂及其制备方法，所述分散剂中还包括分散助剂，该分散助剂可以降低钻井液温度，解决高温导致分散剂失效，降低分散剂作用效果的问题，该分散剂可在高温钻井作业中运用，改善钻井作业环境，推进钻井作业高效进行。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：分散剂制备一
(1)剥离剂制备：
称取500g磺化琥珀酸二辛酯钠盐、250g脂肪醇聚氧乙烯醚、150g对羟基苯甲酸乙酯、150g焦磷酸钠、250g 8羟基-喹啉柠檬酸盐。
制备方法：
A、将磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后加入15kg水中溶解后得到混合液A；
B、将对羟基苯甲酸乙酯加入到750g 75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
C、将焦磷酸钠、8羟基-喹啉柠檬酸盐混合均匀后加入8kg水进行溶解，然后加入混合液A、对羟基苯甲酸乙酯混合液后700r/min速度下搅拌8min后得到剥离剂。
(2)分散助剂制备：
称取固态的400g硝酸铵、250g硫酸氢铵、350g丁二酸铵、3kg K-卡拉胶、10g氯化钾。
制备方法：
a、将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵放入制粒机中压制成粒径为0.5cm的固体颗粒待用；
b、于K-卡拉胶中加入30kg水混合均匀，加热至80℃后搅拌3min得到K-卡拉胶溶液，将氯化钾溶于水中制备成30wt％氯化钾溶液后加入到卡拉胶溶液中混合均匀，冷却至40℃形成凝胶后加入固体颗粒，搅拌混合均匀使固体颗粒包覆于凝胶中，然后于4℃温度下冷藏12h后形成凝胶冻，将凝胶冻切成长、宽、高均为1cm的凝胶丁后得到分散助剂。
实施例2：分散剂制备二
(1)剥离剂制备：
称取650g磺化琥珀酸二辛酯钠盐、300g脂肪醇聚氧乙烯醚、200g对羟基苯甲酸乙酯、250g焦磷酸钠、300g 8羟基-喹啉柠檬酸盐。
制备方法：
A、将磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后加入19kg水中溶解后得到混合液A；
B、将对羟基苯甲酸乙酯加入到1kg 75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
C、将焦磷酸钠、8羟基-喹啉柠檬酸盐混合均匀后加入11kg水进行溶解，然后加入混合液A、对羟基苯甲酸乙酯混合液后900r/min速度下搅拌12min后得到剥离剂。
(2)分散助剂制备：
称取固态的450g硝酸铵、300g硫酸氢铵、400g份丁二酸铵、3.5kg K-卡拉胶、20g氯化钾。
制备方法：
a、将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵放入制粒机中压制成粒径为0.8cm的固体颗粒待用；
b、于K-卡拉胶中加入35kg水混合均匀，加热至85℃搅拌4min得到K-卡拉胶溶液；将氯化钾溶于水中制备成30wt％氯化钾溶液后加入到卡拉胶溶液中混合均匀，冷却至45℃形成凝胶后加入固体颗粒，搅拌混合均匀使固体颗粒包覆于凝胶中，然后于6℃温度下冷藏18h后形成凝胶冻，将凝胶冻切成长、宽、高分别为1.5cm、1.5cm、1.5cm的凝胶丁后得到分散助剂。
实施例3：分散剂制备三
(1)剥离剂制备：
称取750g磺化琥珀酸二辛酯钠盐、350g脂肪醇聚氧乙烯醚、250g对羟基苯甲酸乙酯、350g焦磷酸钠、350g 8羟基-喹啉柠檬酸盐。
制备方法：
A、将磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后加入22kg水中溶解后得到混合液A；
B、将对羟基苯甲酸乙酯加入到1.25kg 75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
C、将焦磷酸钠、8羟基-喹啉柠檬酸盐混合均匀后加入14kg水进行溶解，然后加入混合液A、对羟基苯甲酸乙酯混合液后r/min速度下搅拌15min后得到剥离剂。
(2)分散助剂制备：
称取固态的500g硝酸铵、350g硫酸氢铵、500g丁二酸铵、4kg K-卡拉胶、25g氯化钾。
制备方法：
a、将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵放入制粒机中压制成粒径为1cm的固体颗粒待用；
b、于K-卡拉胶中加入40kg水混合均匀，加热至90℃后搅拌5min得到K-卡拉胶溶液，将氯化钾溶于水中制备成30wt％氯化钾溶液后加入到卡拉胶溶液中混合均匀，冷却至50℃形成凝胶后加入固体颗粒，搅拌混合均匀使固体颗粒包覆于凝胶中，然后于8℃温度下冷藏24h后形成凝胶冻，将凝胶冻切成长、宽、高分别为2cm、2cm、2cm的凝胶丁后得到分散助剂。
对比例1：分散剂制备
与实施例1形成对比例，区别仅在于分散剂制备时剥离剂中不添加磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚。
称取150g对羟基苯甲酸乙酯、150g焦磷酸钠、250g 8羟基-喹啉柠檬酸盐。
制备方法：
A、将对羟基苯甲酸乙酯加入到750g 75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
B、将焦磷酸钠、8羟基-喹啉柠檬酸盐混合均匀后加入8kg水进行溶解，然后对羟基苯甲酸乙酯混合液后700r/min速度下搅拌8min后得到剥离剂。
(2)分散助剂制备：与实施例1相同。
对比例2：分散剂制备
与实施例1形成对比例，区别仅在于分散剂制备时剥离剂中不添加焦磷酸钠。
(1)剥离剂制备：
称取500g磺化琥珀酸二辛酯钠盐、250g脂肪醇聚氧乙烯醚、150g对羟基苯甲酸乙酯、250g 8羟基-喹啉柠檬酸盐。
制备方法：
A、将磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后加入15kg水中溶解后得到混合液A；
B、将对羟基苯甲酸乙酯加入到750g 75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
C、于8羟基-喹啉柠檬酸盐中加入5kg水进行溶解，然后加入混合液A、对羟基苯甲酸乙酯混合液后700r/min速度下搅拌8min后得到剥离剂。
(2)分散助剂制备：与实施例1相同。
对比例3：分散剂制备
与实施例1形成对比例，区别仅在于分散剂制备时剥离剂中不添加8羟基-喹啉柠檬酸盐。
(1)剥离剂制备：
称取500g磺化琥珀酸二辛酯钠盐、250g脂肪醇聚氧乙烯醚、150g对羟基苯甲酸乙酯、150g焦磷酸钠。
制备方法：
A、将磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后加入15kg水中溶解后得到混合液A；
B、将对羟基苯甲酸乙酯加入到750g 75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
C、于焦磷酸钠中加入3kg水进行溶解，然后加入混合液A、对羟基苯甲酸乙酯混合液后700r/min速度下搅拌8min后得到剥离剂。
(2)分散助剂制备：与实施例1相同。
对比例4：分散剂制备
与实施例1形成对比例，区别仅在于分散剂制备时分散助剂不使用K-卡拉胶凝胶进行包覆。
(1)剥离剂制备：与实施例1相同。
(2)分散助剂制备：
称取固态的400g硝酸铵、250g硫酸氢铵、350g丁二酸铵。
制备方法：
a、将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵放入制粒机中压制成粒径为0.5cm的固体颗粒后得到分散助剂。
对比例5：分散剂制备
与实施例1形成对比例，区别仅在于分散剂制备时分散助剂中不添加硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵。
(1)剥离剂制备：与实施例1相同。
(2)分散助剂制备：
称取3kg K-卡拉胶、10g氯化钾。
制备方法：
a、于K-卡拉胶中加入30kg水混合均匀，加热至80℃后搅拌3min得到K-卡拉胶溶液，将氯化钾溶于水中制备成30wt％氯化钾溶液后加入到卡拉胶溶液中混合均匀，冷却至40℃形成凝胶后于4℃温度下冷藏12h后形成凝胶冻，将凝胶冻切成长、宽、高均为1cm的凝胶丁后得到分散助剂。
对比例6：分散剂制备
与实施例1形成对比，区别仅在于分散剂制备时不将凝胶冻切成长、宽、高均为1cm的凝胶丁，而是切成长、宽、高均为3cm的凝胶块。
(1)剥离剂制备：与实施例1相同；
(2)分散助剂制备：
称取固态的400g硝酸铵、250g硫酸氢铵、350g丁二酸铵、3kg K-卡拉胶、10g氯化钾。
制备方法：
a、将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵放入制粒机中压制成粒径为0.5cm的固体颗粒待用；
b、于K-卡拉胶中加入30kg水混合均匀，加热至80℃后搅拌3min得到K-卡拉胶溶液，将氯化钾溶于水中制备成30wt％氯化钾溶液后加入到卡拉胶溶液中混合均匀，冷却至40℃形成凝胶后加入固体颗粒，搅拌混合均匀使固体颗粒包覆于凝胶中，然后于4℃温度下冷藏12h后形成凝胶冻，将凝胶冻切成长、宽、高均为3cm的凝胶块后得到分散助剂。
实验1：粘泥分散实验
(1)粘泥样品制备：取250g泥沙、150g伊利石、150g绿泥石、100g石英、50g鹅卵石混合后加入200g水搅匀至黏稠状，常温下放置3天得到粘泥样品。
(2)分别取100g粘泥样品放入8个烧杯中，分别标记为实验组1、对照组1-6、空白对照组；向每个烧杯中加入200g水制备成粘泥基浆，加热至90℃，然后分别加入分散剂30g，其中加入的剥离剂与分散助剂的重量比为2：1，每个标记的烧杯中加入的分散剂分别为：
实验组1：实施例1制备的分散剂；
对照组1-6：分别加入对比例1-6制备的分散剂；
空白对照组：加入清水与实验组1和对照组1-6形成对照。
(3)降温度数、分散时间测定：分别记录实验组1、对照组1-6以及空白对照组加入分散剂3min后温度降低度数以及粘泥分散所需时间，3个重复，所得平均降温度数和分散时间数据如表1所示：
表1
根据表1的数据分析可知：
(1)对照组5、空白对照组与实验组1相比，降温度数明显低于实验组1，其中对照组5降温度数比实验组1少3.4℃，这是由于对照组5中分散剂制备时分散助剂中未添加硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵，未能进行N-H键的断裂吸收热量，导致降温度数较少，说明将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵包覆在K-卡拉胶凝胶中制备成分散助剂，可以降低有效降低钻井液的温度，在高温环境下对分散剂的成分进行保护，降低高温导致分散剂部分失效的程度，提高分散剂的作用效果；
(2)对照组1与实验组1相比，对照组1分散时间比实验组1长4.83min，这是由于对照组1中中剥离剂中未加入磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，使粘泥表面相同电荷相互排斥作用降低，进而粘泥分散作用降低，延长了分散剂的作用时间；
(3)对照组2与实验组1相比，对照组2分散时间比实验组1长4.36min，这是由于对照组2中分散剂制备时剥离剂中未加入焦磷酸钠，粘泥颗粒表面的电荷密度未能提高，电荷间的相斥作用降低，使得分散作用降低，延长了分散剂的分散时间；
(4)对照组3与实验组1相比，对照组3分散时间比实验组长3.25min，这是由于对照组3中分散剂在制备时，剥离剂中未添加8羟基-喹啉柠檬酸盐，未能与分散后的粘泥中的钙离子等形成络合物，导致分散后的粘泥再次粘结，加大了分散剂的作用负担，进而延长了分散时间；
(5)对照组5与实验组1相比，对照组5分散时间比实验组长4.23min，这是由于对照组5分散剂在制备时分散助剂中未添加硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵，未能进行N-H键的断裂吸收热量，降低粘泥基浆中的温度，使得分散剂中的物质在高温环境下部分失效，降低了分散效果，从而延长了分散时间；
(6)对照组6与实验组1相比，对照组6分散时间比实验组1长3.34min，这是由于分散剂制备是分散助剂未制备成较小体积的丁状，而是制备成大体积的块状物质，导致分散助剂表面包覆的凝胶在高温环境中融化的时间增加，未能及时降低粘泥基浆中的温度，导致分散剂中的部分物质因高温的影响部分失效，降低了分散剂的分散作用，从而延长了分散时间；
(7)实验组1与对照组1-6以及空白对照组相比，实验组1分散时间明显比对照组1-6以及空白对照组短，说明所制备的分散剂中的剥离剂能够有效分散粘泥，且分散剂中的分散助剂能够有效降低粘泥基浆的温度，防止高温造成分散剂失效，大大提高了分散作用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (9)
1.一种钻井粘泥分散剂，其特征在于，所述分散剂由剥离剂和分散助剂组成，所述分散助剂表面包覆有K-卡拉胶凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种钻井粘泥分散剂，其特征在于，所述剥离剂包括以下重量份原料：
10-15份磺化琥珀酸二辛酯钠盐、5-7份脂肪醇聚氧乙烯醚、3-5份对羟基苯甲酸乙酯、3-7份焦磷酸钠、5-7份8羟基-喹啉柠檬酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种钻井粘泥分散剂，其特征在于，所述分散助剂包括以下重量份原料：
8-10份硝酸铵、5-7份硫酸氢铵、7-10份丁二酸铵、60-80份K-卡拉胶、0.2-0.5份氯化钾。
4.一种钻井粘泥分散剂的制备方法，其特征在于，所述分散剂中剥离剂的制备方法如下：
A、将磺化琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后加入水中溶解后得到混合液A；
B、将对羟基苯甲酸乙酯加入到75％乙醇中溶解后得到对羟基苯甲酸乙酯混合液；
C、将焦磷酸钠、8羟基-喹啉柠檬酸盐混合均匀后加入水进行溶解，然后加入混合液A、对羟基苯甲酸乙酯混合液后700-1000r/min速度下搅拌8-15min后得到剥离剂。
5.根据权利要求4所述的一种钻井粘泥分散剂的制备方法，其特征在于，所述分散剂中分散助剂的制备方法如下：
a、将硝酸铵、硫酸氢铵、丁二酸铵放入制粒机中压制成固体颗粒待用；
b、于K-卡拉胶中加入水混合均匀，加热至80-90℃搅拌3-5min得到K-卡拉胶溶液；于氯化钾中加入水制备成30wt％氯化钾溶液后加入到K-卡拉胶溶液中混合均匀，冷却至40-50℃形成凝胶后加入固体颗粒，搅拌混合均匀使固体颗粒包覆于凝胶中，然后冷藏12-24h后形成凝胶冻，将凝胶冻切成丁后得到分散助剂。
6.根据权利要求5所述的一种钻井粘泥分散剂的制备方法，其特征在于，所述步骤a中固体颗粒的粒径为0.5-1cm。
7.根据权利要求6所述的一种钻井粘泥分散剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中冷藏温度为4-10℃。
8.根据权利要求7所述的一种钻井粘泥分散剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中凝胶丁的体积为0.5-8cm3。
9.根据权利要求8所述的一种钻井粘泥分散剂的制备方法，其特征在于，所述分散剂的使用方法如下：
按照重量比2：(1-10)的比例称取剥离剂和分散助剂，然后依次加入到钻井液中对粘泥进行分散，所述分散剂与钻井液的重量比为(8-15)：100。
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