CN202417477U - 物理模拟可视化实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种物理模拟可视化实验装置，所述实验装置包括：箱体，其呈立方体，所述箱体的顶部具有顶盖，所述箱体内充填有多孔介质；注水井，其一端设在所述箱体内，另一端伸出所述箱体而外露；水平生产井，其水平设置，所述水平生产井包括主井筒，所述主井筒的尾端连接有连接筒，所述主井筒的侧边设有至少一个分支井筒，所述分支井筒位于所述主井筒的水平面上，所述主井筒和分支井筒均位于所述箱体的内部，而连接筒位于所述箱体的外部，所述主井筒和分支井筒上都均匀地设有多个射孔。因此，本实用新型可以三维模拟的方式对水平生产井和注水井同时进行模拟，从而可对油藏生产动态有个更为近似的模拟。
Description
技术领域
本实用新型是有关于一种物理模拟可视化实验装置。
背景技术
三维可视化物理模拟试验***能够直观、真实地反映开发底水油藏过程中，水平生产井在不同含水率和生产压差条件下的水锥的形态和上升速度，能够反映出水平生产井的水淹动态和模式。在满足模型装置内流体的流动符合达西渗流规律、物模实验和真实油藏具有一定可比性的前提下，应用三维可视化物理模拟试验设备，有效地模拟了使用水平生产井开采均质底水油藏时底水脊进的形成和发展过程，以及油藏见水的时间，从而对底水油藏中不同的生产压差与不同水平生产井长度下水平生产井的见水规律进行研究。
对使用水平生产井来开发油藏的过程进行物理模拟实验，国内外大多利用水电模拟或者采用人工填砂模型对水平生产井周围空间的渗流场和压力场的分布特征进行分析和研究。目前，在水平生产井相关的文献中，都是采用数值模拟方法来确定水平生产井开发见水之后的含水率的变化。
现有的底水油藏水平生产井三维可视化物理模拟装置。该装置由底水供给***、三维可视化模型和记录计量***组成。三维可视化模型是由透明的有机玻璃板通过三氯甲烷(氯仿)粘结而成的一种实验装置。
由于上述三维可视化物理模拟装置中，可视化模型采用的是有机玻璃板，模拟油藏的介质采用的是玻璃珠，井筒采用的是有机玻璃管，计量***采用的是量筒等设备，因此，在对于模拟底水油藏的时候存在以下几个方面的缺陷：
(1)在上述可视化物理模拟实验中，只能是单独对注入井或者是对生产井的模拟，不能对井网进行模拟。
(2)油藏多孔介质的模拟采用玻璃珠，和真实的砂地层相差太多，这对于模拟的相似度有很大影响，对于实验的准确度有一定的影响程度。
(3)测量***存在误差较大。该测量***中的流体计量采用量筒等工具，通过工作人员来读取数据，也就是采用人工计量，这样就会存在人为的误差，大大增加了测量结果的不准确性，影响了测量的精度。
(4)井筒模拟采用有机玻璃管，并没有考虑有机玻璃管内壁的粗糙度，实际上玻璃面是比较光滑的，这样就大大降低了井筒的阻力。然而在实际的井筒中，是存在一定的井筒阻力的，而且这种阻力对油藏产能的影响是不能忽略的，因此有机玻璃管不能客观的反映油藏中井筒的真实情况。
(5)此三维可视化模型难以模拟薄油藏。对于油藏厚度较薄的油层，此模型不能实现。如果采用此模型来模拟油层较薄的油藏，那么油藏压力等都难以实现。
实用新型内容
本实用新型的目的是，提供一种物理模拟可视化实验装置，其可以三维模拟的方式对水平生产井和注水井同时进行模拟，从而可对油藏生产动态有个更为近似的模拟。
本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种物理模拟可视化实验装置，其包括：
箱体，其呈立方体，所述箱体的顶部具有顶盖，所述箱体内充填有多孔介质；
注水井，其一端设在所述箱体内，另一端伸出所述箱体而外露；
水平生产井，其水平设置，所述水平生产井包括主井筒，所述主井筒的尾端连接有连接筒，所述主井筒的侧边设有至少一个分支井筒，所述分支井筒位于所述主井筒的水平面上，所述主井筒和分支井筒均位于所述箱体的内部，而连接筒位于所述箱体的外部，所述主井筒和分支井筒上都均匀地设有多个射孔。
在优选的实施方式中，所述主井筒和分支井筒的外部包覆有防砂网；所述射孔为间隔垂直交叉式射孔。
在优选的实施方式中，所述注水井呈竖直设置，其位于所述箱体的边缘部分。
在优选的实施方式中，所述实验装置还包括渗流板，所述渗流板水平地连接在所述箱体内，所述注水井水平地位于所述渗流板的下方，所述水平生产井位于所述渗流板的上方。
在优选的实施方式中，所述主井筒和分支井筒均为钢管制成，所述主井筒与分支井筒相互焊接连接。
在优选的实施方式中，所述分支井筒与所述主井筒之间的角度为0°-90°之间，所述主井筒和分支井筒的直径相同。
在优选的实施方式中，所述分支井筒与所述主井筒之间的角度为30°，45°或60°。
在优选的实施方式中，所述多孔介质物为细砂，或者为蒙脱石粉和砂的混合物，蒙脱石粉和砂的混合比例为1∶4。
本实用新型实施例的可视化实验装置的特点和优点是：
1、其可以三维模拟的方式对水平生产井和注水井同时进行模拟，模拟底水油藏脊进现象和底水油藏开发时见水规律的研究，对油藏生产动态有个更为近似的模拟。
2、在以往的可视化物理模拟实验中，模拟的均为单一水平井直井，不能对多分支井进行模拟；本实用新型实施例由于水平生产井包括主井筒和分支井筒，使得该实验装置可对多分支水平井进行模拟，而多分支井的应用越来越广泛，因此本实验装置提高了其使用的广泛性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是包含有本实用新型的可视化实验装置的实验***示意图；
图2是本实用新型的可视化实验装置的第一种实施方式的立体示意图，其可用于厚油藏的模拟；
图3是本实用新型的可视化实验装置的第一种实施方式的主视示意图；
图4是本实用新型的可视化实验装置的第二种实施方式的立体示意图，其可用于薄油藏的模拟；
图5是本实用新型的可视化实验装置的第二种实施方式的主视示意图；
图6A是本实用新型的可视化实验装置的一分支井的第一种结构的主视示意图；
图6B是本实用新型的可视化实验装置的一分支井的第二种结构的主视示意图；
图6C是本实用新型的可视化实验装置的一分支井的第三种结构的主视示意图；
图7A是本实用新型的可视化实验装置的二分支井的第一种结构的主视示意图；
图7B是本实用新型的可视化实验装置的二分支井的第二种结构的主视示意图；
图7C是本实用新型的可视化实验装置的二分支井的第三种结构的主视示意图；
图7D是本实用新型的可视化实验装置的二分支井的第四种结构的主视示意图；
图8A是本实用新型的可视化实验装置的三分支井的第一种结构的主视示意图；
图8B是本实用新型的可视化实验装置的三分支井的第二种结构的主视示意图；
图8C是本实用新型的可视化实验装置的三分支井的第三种结构的主视示意图；
图8D是本实用新型的可视化实验装置的三分支井的第四种结构的主视示意图；
图9A是本实用新型的可视化实验装置的四分支井的第一种结构的主视示意图；
图9B是本实用新型的可视化实验装置的四分支井的第二种结构的主视示意图；
图9C是本实用新型的可视化实验装置的四分支井的第三种结构的主视示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
首先对本文中所涉及的一些技术术语说明如下：
可视化：通过对事物的实时观察，能够观察到不可见的对象，对事物的实时动态最直接的观察。
水平生产井：在钻到目的层部位时，井段斜度超过85度，其水平距离超过目的层厚度10倍的井叫水平生产井。
分支井：指一个主井眼中有两个或两个以上分叉井眼进入油(气)层的井。
水平生产井网：以某一含油层为目标而设计的水平生产井和水平注水井，由其所组成的开发井网。
渗流与地下渗流：流体在多孔介质中的流动称为渗流。流体在地层中流动叫做地下渗流。
底水与边水：在油(气)藏中，整个含油(气)边界(缘)范围内的油(气)层底部都有托着油(气)的水叫底水；只在油(气)藏边部(气水或油水过渡带)的油(气)层底部有托着油(气)的水叫边水。
封闭边界：指油藏被不渗透岩层或断层包围的边界叫封闭边界。当封闭边界影响达到井筒后，油藏压力随时间的变化率为一常数，即压力与时间呈直线关系。
定压边界：在存在巨大气顶、活跃边水或边缘注水时，边界上的压力可看成不随时间而变化，这种边界叫定压边界。
由于水平井的水平段在油藏中深入较多，因此在建立油藏物理模型时，不仅要考虑流体在多孔介质中的流动，还要考虑流体在水平井的水平段井筒中流动。依据的相似准则如下表所示：
实施方式一
本实用新型实施例提出了一种物理模拟可视化实验装置A，其包括箱体1，注水井2和水平生产井3。所述箱体1呈立方体，其顶部具有顶盖1a，所述箱体1内充填有多孔介质。所述注水井2的一端设在所述箱体1内，另一端伸出所述箱体1而外露。所述水平生产井3为水平设置，所述水平生产井3包括主井筒3a，所述主井筒3a的尾端连接有连接筒3b，所述主井筒3a的侧边设有至少一个分支井筒3c，所述分支井筒3c位于所述主井筒3a的水平面上，所述主井筒3a和分支井筒3c均位于所述箱体1的内部，而连接筒3b位于所述箱体1的外部，所述主井筒3a和分支井筒3c上都均匀地设有多个射孔4。
其中，多孔介质可为玻璃珠，细砂，或者蒙脱石粉和砂的混合物，蒙脱石粉和砂的最佳混合比例为1∶4，这是因为比例为1∶4是由于此比例可形成所需的低渗透率的要求，按该比例配比之后，经压实，其多孔介质渗透率可达到6毫达西-30毫达西之间。此外，所述注水井2仅仅包括主井筒3a，该主井筒3a上均匀分布有射孔4。
在需要进行模拟实验时，采用干填法形成实验装置，具体是，将注水井2和水平生产井3放入箱体1中，并将细砂逐层填入所述箱体1内进行压实，注水井2和水平生产井3被包覆在细砂之中，采用注入水的方法先对细砂进行水饱和，然后再采用油驱水的方式对细砂进行油饱和，如此可以充分地模拟地层中的油水分布。接着，将水桶B，电泵C，中间容器D和压力计E连接好，将连接压力计E的管路一端连接于所述注水井2外露的一端上，将油水分离计量装置F连接在所述外露的连接筒3b上，如图1所示。最后启动电泵C，使水逐渐地注入注水井2中，即采用水驱的方式进行注采，从油水分离计量装置中读出从水平生产井3中出来的油水量，以此得到该段时间内的含水率，如此对油藏的生产进行模拟。在此过程中，采用录像设备G和照相装置H，对实验过程进行全程监控，监控数据可存储于计算机中，在实验完成时，采取层层去砂，从而对其过程进行监控，同时也方便实时记录每层的水淹现象。通过对水淹区域的记录，通过处理还原底水或边水驱油规律。
本实用新型实施例以三维模拟的方式对水平生产井3和注水井2同时进行模拟，对油藏生产动态有个更为近似的模拟。而且，由于水平生产井3包括主井筒3a和分支井筒3c，使得该实验装置可对多分支水平井进行模拟，提高了其使用的广泛性。
此外，本实施例采用了油水自动分离计量装置F，其主要用于油水流量自动计量，可实现模型产出液中油、水量的自动计量、数据采集与自动控制。二次仪表可实时显示显示各井段的累积产出油、水量。根据在一定时间内的产出油水量，从而得到该段时间内的含水率。
根据本实用新型的一个实施方式，所述主井筒3a和分支井筒3c的外部包覆有防砂网，防砂网可尽可能地防止多孔介质从射孔4中进入主井筒3a和分支井筒3c中。所述射孔为间隔垂直交叉式射孔4，具体而言，在主井筒3a和分支井筒3c的筒身上在其周向上设有多列(在此处设有四列)射孔4，相邻两列之间的射孔4在轴向上相互错开。
所述主井筒3a和分支井筒3c均为钢管制成，主井筒3a与分支井筒3c相互焊接连接，焊接连接使得主井筒3a和分支井筒3c之间的连接进行了加固，增大了井的耐压能力。现有技术中井筒采用有机玻璃管，其内壁比较光滑，如此大大降低了井筒的阻力，而且由于其所采用的材料的特性的限制，致使模拟的油藏压力的范围受到了很大的限制，油藏的压力过小，经过井筒阻力和渗流阻力的影响，致使测量的结果不够精确；而本实施例的钢管的内壁存在一定的井筒阻力，因此能更能客观地反映油藏中井筒的真实情况。
进一步而言，所述分支井筒3c与所述主井筒3a之间的角度为0°-90°之间，确切地说，是分支井筒3c与主井筒3a朝向顶端的一边构成的角度为0°-90°之间。例如，分支井筒3c与所述主井筒3a之间的角度可为30°，45°和60°。所述主井筒3a和分支井筒3c的直径相同。
在所述主井筒3a的侧边设置的分支井筒3c可具有一个，二个，三个或四个，分别称为一分支井，二分支井，三分支井或四分支井。对于二分支井或二分支以上井而言，分支井筒3c可位于主井筒3a的相同一侧，也可位于主井筒3a的不同侧，在此不受限制，只是位于相同侧的分支井筒3c的距离不可过近，以避免相互之间产生阻抗。在一般情况下，分支井筒3c设置在主井筒3a上的位置可有：在主井筒3a的顶端，在主井筒3a距离其顶端的1/4位置处，在主井筒3a距离其顶端的1/3位置处，在主井筒3a距离其顶端的1/2位置处，在主井筒3a距离其顶端的2/3位置处，或者在主井筒3a距离其顶端的3/4位置处。
具体而言，图6A-图6C显示了一分支井的几种结构。如图6A所示，分支井筒3c位于主井筒3a距离其顶端的1/3位置处。如图6B所示，分支井筒3c位于主井筒3a距离其顶端的1/2位置处。如图6C所示，分支井筒3c位于所述主井筒3a的顶端处。
图7A-图7D显示了二分支井的几种结构，其中，为便于描述，将所述主井筒3a的侧边设置的两个分支井筒分别称为第一分支井筒和第二分支井筒。如图7A所示，第一、二分支井筒分别位于主井筒3a的两侧，且第一分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/3位置处，第二分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的2/3位置处。如图7B所示，第一、二分支井筒位于主井筒3a的相同一侧，且第一分支井筒位于主井筒的距离其顶端的1/3位置处，第二分支井筒位于主井筒的距离其顶端的2/3位置处。如图7C所示，第一、二分支井筒分别位于主井筒的两侧，且第一、二分支井筒均位于主井筒3a的距离其顶端的1/3位置处。如图7D所示，第一、二分支井筒位于主井筒的相同一侧，且第一分支井筒位于主井筒3a顶端处，第二分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/2位置处。
图8A-图8D显示了三分支井的几种结构，其中，为便于描述，将所述主井筒3a的侧边设置的三个分支井筒分别称为第一分支井筒，第二分支井筒和第三分支井筒。如图8A所示，第一、三分支井筒位于主井筒3a的相同一侧，第二分支井筒位于主井筒3a的另外一侧，且第一分支井筒位于主井筒3a顶端，第二分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/3位置处，第三分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的2/3位置处。如图8B所示，第一、三分支井筒位于主井筒3a的相同一侧，第二分支井筒位于主井筒3a的另外一侧，且第一、二分支井筒均位于主井筒3a顶端，第三分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的2/3位置处。如图8C所示，第一、三分支井筒位于主井筒3a的相同一侧，第二分支井筒位于主井筒3a的另外一侧，且第一分支井筒位于主井筒3a顶端，第二、三分支井筒均位于主井筒3a的距离其顶端的1/2位置处。如图8D所示，第一、二、三分支井筒均位于主井筒3a的相同一侧，第一分支井筒位于主井筒3a顶端，第二分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/3位置处，第三分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的2/3位置处。
图9A-图9C显示了四分支井的几种结构，其中，为便于描述，将所述主井筒3a的侧边设置的四个分支井筒分别称为第一分支井筒，第二分支井筒，第三分支井筒和第四分支井筒。如图9A所示，第一、三分支井筒位于主井筒3a的相同一侧，第二、四分支井筒位于主井筒3a的另外一侧，且第一、二分支井筒均位于主井筒3a的距离其顶端的1/3位置处，第三、四分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的2/3位置处。如图9B所示，第一、二分支井筒位于主井筒3a的相同一侧，第三、四分支井筒位于主井筒3a的另外一侧，且第一分支井筒位于主井筒3a的顶端，第二分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/4位置处，第三分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/2位置处，第四分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的3/4位置处。如图9C所示，第一、三分支井筒位于主井筒3a的相同一侧，第二、四分支井筒位于主井筒3a的另外一侧，且第一分支井筒位于主井筒3a的顶端，第二分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/4位置处，第三分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的1/2位置处，第四分支井筒位于主井筒3a的距离其顶端的3/4位置处。
其中，图6A至图9C所显示的仅仅是多分支井的例子，并不仅限于此中的几种情况。
进一步而言，所述主井筒3a和分支井筒3c的直径可依据相似准则来获取，具体而言，例如，主井筒3a和分支井筒3c的直径均为6毫米，射孔4的孔径可为3毫米。主井筒3a的长度为44厘米，分支井筒3c的长度为13厘米。
根据本实用新型的一个实施方式，配合参见图2和图3所示，所述实验装置还包括渗流板5，所述渗流板5水平地连接在所述箱体1内，所述注水井2水平地位于所述渗流板5的下方，所述水平生产井3位于所述渗流板5的上方。本实施例中的实验装置可以进行厚油藏模拟，注水井2位于渗流板5的下方，如此可进行底水油藏模拟实验，观察底水脊进现象，得到底水脊进发生的部位，从而找到相应的方法来防止底水脊进的发生，增加生产时间，提高产量。
在一般设置时，使箱体1的横截面为正方形，即其长度和宽度相等，箱体1的高度小于其长度。举例而言，所述箱体1的尺寸为，长*宽*高＝41cm*41cm*35cm；所述箱体的壁面厚度为1cm，盖子厚度为1.5cm。具体而言，所述渗流板5位于箱体1内中间高度偏下的位置，例如渗流板5位于距离箱体1底面8厘米的位置处。
本实施例的实验装置在实验过程中，将多孔介质-细砂填入厚油藏三维可视化模拟装置中，进行压实，用蒸馏水模拟底水，为了便于实验的观察，可在蒸馏水中掺入了黑墨水。然后模拟水平井开采底水油藏过程，最后发现在开采过程中出现底水脊进现象。但是底水脊进发生的部位与以往物理模拟实验有所不同，以往物理模拟实验得到的结果是在水平井中部发生底水脊进，而本实验中得到的结果是水平井根部发生底水脊进。由此可知，水平井开采底水油藏时，发生底水脊进的部位不一定在水平井中部，有可能发生在水平井跟部。因此，在实际生产中在预防底水脊进时不能仅仅考虑水平井中部，也应考虑是否在跟部发生脊进现象。
根据本实用新型的一个实施方式，配合参见图4和图5所示，所述注水井2呈竖直设置，其位于所述箱体1的边缘部分。水平生产井3可位于箱体1的1/2高度左右的位置。
在以往的可视化物理模拟实验中，有的是进行三维模拟的，有的仅仅是模拟二维的，对于三维的也只是比较单一的模拟厚油藏，而不能对一些薄油藏进行模拟，这就使得物理模拟实验有了针对性，也就是在一定程度上限制了可视化模拟的范围。而本实施例中的实验装置可以实现注采井网的模拟，其改变了注水井2的位置，将注水井2竖直放置，可以对不同的边界注水开采井网进行很好地模拟，而且，该实验装置可来模拟薄油藏，从而解决了空间模拟的问题。
在一般设置时，使箱体1的横截面为正方形，即其长度和宽度相等，箱体1的高度小于其1/2长度。举例而言，所述箱体1的尺寸为，长*宽*高＝78cm*78cm*10cm，其各壁面厚度为1cm，顶盖1a的厚度为1.5cm。
本实用新型将厚油藏和薄油藏分开进行模拟，从而更加具有针对性。
实施方式二
本实用新型实施例还提出了一种可视化实验装置的形成方法，其包括步骤：
形成箱体1，注水井2和水平生产井3，所述水平生产井3包括主井筒3a，所述主井筒3a的尾端连接有连接筒3b，所述主井筒3a的侧边设有至少一个分支井筒3c，所述分支井筒3c位于所述主井筒3a的水平面上，所述主井筒3a和分支井筒3c上都均匀地设有多个射孔4；
将注水井2和水平生产井3放入箱体1中；
将多孔介质填入所述箱体1内进行压实，注水井2和水平生产井3被包覆在多孔介质之中；
采用注入水的方法对多孔介质进行水饱和，然后再采用油驱水的方式对多孔介质进行油饱和，以充分地模拟原始地层中的油水分布，如此形成可视化实验装置。
其中，往多孔介质注入水或注入油，可从注水井2中进行注入，也可直接从箱体1中注入。
本实施方式的其它结构和有益效果与上述实施方式相同，在此不再详细说明。
以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。
Claims (8)
1.一种物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：
箱体，其呈立方体，所述箱体的顶部具有顶盖，所述箱体内充填有多孔介质；
注水井，其一端设在所述箱体内，另一端伸出所述箱体而外露；
水平生产井，其水平设置，所述水平生产井包括主井筒，所述主井筒的尾端连接有连接筒，所述主井筒的侧边设有至少一个分支井筒，所述分支井筒位于所述主井筒的水平面上，所述主井筒和分支井筒均位于所述箱体的内部，而连接筒位于所述箱体的外部，所述主井筒和分支井筒上都均匀地设有多个射孔。
2.根据权利要求1所述的物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述主井筒和分支井筒的外部包覆有防砂网；所述射孔为间隔垂直交叉式射孔。
3.根据权利要求1所述的物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述注水井呈竖直设置，其位于所述箱体的边缘部分。
4.根据权利要求1所述的物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括渗流板，所述渗流板水平地连接在所述箱体内，所述注水井水平地位于所述渗流板的下方，所述水平生产井位于所述渗流板的上方。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述主井筒和分支井筒均为钢管制成，所述主井筒与分支井筒相互焊接连接。
6.根据权利要求5所述的物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述分支井筒与所述主井筒之间的角度为0°-90°之间，所述主井筒和分支井筒的直径相同。
7.根据权利要求6所述的物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述分支井筒与所述主井筒之间的角度为30°，45°或60°。
8.根据权利要求1所述的物理模拟可视化实验装置，其特征在于，所述多孔介质为细砂。
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