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石油天然 气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 3 年 1 1 月 第 3 5 卷 第 l 1 期 J o u r n a l o f O i l a n d Ga s T e c h n o l o g y J . J P I N o v . 2 0 1 3 V o 1 . 3 5 N o . 1 1 8 9 三维水 平 井 Y P 一 3 X井钻 井难点 与对 策 周文军 ,巨满成 ,王彦博 , 低渗透油 气田勘探开发国家工程实验室 、 段志锋 ,张燕娜t 中石油长庆油田分 公司油气工艺 研究院, 陕西西安7 1 0 0 2 1 / [ 摘要] 鄂尔多斯盆地致 密油资源 丰富、分布广 泛,是 长庆 油 田建设 西部大庆 战略 目标 的重要接替 区。但 其岩性致 密、渗透 率低 、储 层物性差 ,且 主要分布 于井场 受 限的沟壑地 带, 目前 应用较 为广 泛 的水平 井 钻 井技 术难 以实现经济有效开发。 国内外油气 田开 发实 践表 明,丛式水 平 井能够 大幅缩 减投 资成本 ,提 高 油田经济效益。为探索丛式水平井开发模式 ,形成鄂 尔 多斯盆 地致 密油藏 钻井核 心技 术,针对 三维 水 平 井轨 迹控 制、泥岩 失稳垮塌、管 串下入摩 阻大等难题 开展攻 关与实践 ,并在 Y P 一 3 X井进 行 了先 导性试 验 。Y P 一 3 X井 系阳字水平 井组一 口偏移距超过 3 0 0 m、水平段超过 1 5 0 0 m 的三维水平 井,该井 的成功实 施 突破 了丛 式水平 井瓶 颈技 术难题 ,形成 了以井身结 构优 化、剖面 轨迹控 制、泥 页岩 防塌等技 术集 成配套 的三维水平 井钻 井技 术,为长庆油 田规模开发致 密油藏奠定 了一定 的技术基础 。 [ 关键词]致 密油藏;水平井 ;钻井技术 ;井身结构 ;轨迹控制 ;偏 移距 ;钻 井液 [ 中图分类号]TE 2 4 3 . i [ 文献标 志码 ]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 3 l 1 0 0 8 9 一O 5 鄂尔多斯盆地致密油资源丰富 ,约占盆地总资源量的 1 5 以上 ,是长庆油田实现 5 0 0 0 1 0 t“ 上 得去、稳得住、可持续”战略的重要保障口 ] 。但其储层物性差 、压力低 ,根据评价投入产出结果 ,不能 实现其经济有效开发。丛式水平井开发有利于提高单井产量 、有效节约土地资源、便于后期的集输与管 理 ,可有效降低综合开发成本 ,但长庆油 田致密油藏主要分布于山大沟深 、沟壑纵横 的黄土塬地区,由 于井场受限以及井眼水平段方向需垂直最大主应力方向,导致井组部分水平井偏移距较大,井眼轨迹由 二维演变为三维。为实现致密油藏经济有效开发 ,针对三维水平井钻完井的一系列瓶颈技术展开攻关 , 并在 YP 一 3 X井开展试验 ,旨在有效解决井身结构优化 、剖面轨迹控制、P DC钻头设计 、泥页岩防塌等 难题 ,探索致密油藏丛式水平井钻完井技术 ,实现致密油资源的快速高效开发。 1 概况 为扩大三维水平井试验,探索致密油藏 长 水平 段丛 式水 平井 钻完 井技 术 ,2 0 1 2年 9 月 在长 庆油 田部 署 了一 口偏移 距超 过 3 0 0 m、 水 平 段 超 过1 5 0 0 m 的 三 维 油 井 水 平 井 YP - 3 X井 ,该 井位 于 陇东 区块西 2 E A 井 区 , 设 计 方 位3 4 5 。 ,偏 移 方 位7 5 。 ,井 深 3 7 2 0 m,目的 层 位 于 上 三 叠 统 延 长 组 长 M 油层 。设 计 采 用 三 开 井 身 结 构 ,如 图 1所 示 ,套管 固井 完井 。该 井 2 0 1 2年 9月 1 1日 开钻 ,1 0月 5日完钻 ,钻 井周 期 2 5 d ,平 均 机 械 钻速 1 3 . 9 8 m/ h 。 图 1 Y P - 3 X井井身结构设计示意图 [ 收稿 日期]2 0 1 30 5 0 2 [ 基金项 目] 国家科技重大专项 2 0 1 1 Z X O 5 O 4 4 ;中 国石油天然气股份有限公司重大科技专项 2 0 1 1 E 一 2 6 0 2 一 o 5 。 [ 作者简介]周文军 1 9 8 3一 ,男 ,2 0 0 8 年 中国石 油大学 华东 毕业 ,硕士 ,工程师 ,现从事油气田钻完井工艺技术研 究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然气 工程 2 0 1 3 年 1 1月 2 钻 井难点分析 阳字井 组井 场为 典型 的黄 土 高原 地 貌 ,沟壑 纵 横 ,梁 峁 相 问 。YP 一 3 X 井 钻遇 地 层 较 多且 地 质 条 件 复 杂多变 ,该井 设计 斜井 段位 于三维 施工 段 ,与二维 井段 相 比 ,钻井 难度 大 。 2 . 1 工 程设计 难度 大 阳字 井组 是长庆 油 田第 1个油 井丛 式 水 平井 组 ,YP 一 3 X井 是 该 井 组 的一 口三 维水 平 井 。方 案 要求 水 平段 长度超 过 1 5 0 0 m,是 长庆油 田油 井水平 段平 均长 度 的 2 倍 ,钻遇地 层漏 失 、坍 塌风 险大 ,套管 下 入 层数 、下深 均要求 执行 低成 本投 资战 略 。此 外 ,井眼 轨迹需 在造斜 点处 偏离水 平 段方位 ,沿 地层 最大 主 应力方 向消除 3 0 0 m 偏 移距 ,扭 回设计 方位 增井 斜 到 9 0 。 左 右 入 窗 。长庆 油 田在 三 维 轨迹 设 计 领域 还 处 于技术 空 白 ,无 相关 经验可 以借 鉴 ,工程设 计难 度大 。 2 . 2轨迹控 制 困难 YP 一 3 X井造斜 点井 深 2 0 0 m,使用 3 1 1 . 2 mm 钻头 配合 1 . 2 5 。 单 弯 2 2 8 mm 螺杆 定 向 消除偏 移 距 , 3 1 1 . 2 mm 钻 头反扭 较大 ,工具 面难 以控 制 到位 ,且 大 井 眼斜 井 段 容易 形成 岩 屑 床 ,造 成滑 动定 向时 脱 压严 重 ,定 向效 率低 。与 二维水 平 井 相 比,YP 一 3 X 井需 调 整 偏 移方 位 至 水平 段 延 伸 方 位 ,这样 就大 幅增加 了滑 动定 向井段 ,使 井 眼轨迹控 制 困难 。 2 . 3钻 井速度慢 该 井斜 井段 既要 调整方 位 ,同时还 要增 井斜 ,大 幅增加 了钻 井进尺 与滑 动定 向井段 进尺 ,在一 定程 度 上延 长 了钻井 周期 ,且井 眼 尺寸结 构 为 4 4 4 . 5 mm 3 1 1 . 2 mm4 - 2 1 5 . 9 mm,大 钻头 钻 进 与 滑 动 定 向机 械钻 速较 低 ,导致整 体钻 井速度 慢 ,不仅 增加 了施工 成本 ,而且 不利 于井 下安 全 ,因此 提速提 效 是 关 系到该 井试 验能 否成 功的关 键 。 2 . 4泥 页岩坍 塌严重 根据周边邻井钻井资料显示 ,井区钻遇地层 中生界中侏罗统直罗组 、下侏罗统延安组,上三叠统延 长组 地层 都存 在大量 极易 水化 膨胀 的棕 色 与棕 红 色 泥 页岩 ,钻 井 过 程 中 ,钻井 液 浸 泡 引起 泥 岩 吸 水膨 胀 ,造成井 壁 失稳 、掉块 、垮 塌 ,导 致发 生井 眼 “ 缩 径” 、“ 大肚 子” 等井 下复杂 ,严 重可引 起卡 钻 、套 管难 以下 人难 题 ,从 而 给企业 造成重 大经 济损失 。 2 . 5 水 平段摩 阻、扭矩 大 YP 一 3 X井设计二开技术套管下深 1 4 5 0 m,井斜 2 5 。 左右 ,剩余 7 7 0 m斜井段与超过 1 5 0 0 m的水平段 均位 于井 眼尺 寸 为 2 1 5 . 9 mm 的同一 裸眼段 内 ,不小 于 2 2 7 0 m 的大井 斜裸 眼井 段 摩 阻与 扭矩 较 大 。此 外 ,井底岩屑上返至技术套管脚处 由于上部井眼尺寸变大导致环空返速突然降低引起砂沉 ,岩屑床厚度 增加 以及上部存在三维扭方位井段 ,也导致了施工过程中摩阻与扭矩过大。因此,钻井液要具备 良好的 降摩减阻能力 ,否则容易导致水平段长度无法完成 ,严重时还可引起完井后生产套管无法下人等难题。 3 钻井技术对策与实施 3 . 1 井身剖 面优 化设 计 YP 一 3 X井设计采用表层套管封 固上部黄土层、流沙层 ,二开技术套管封 固易漏、易塌层,为降低 斜 井段 摩 阻 、扭 矩并考 虑节 约成 本 ,技 术套 管下 入至 消除偏 移距后 扭 至设计 方位井 段位 置 ,封 固整个 三 维井段 。考虑完井压裂需求 ,三开生产套管下至井底 ,固井完井l_ 2 ] 。鉴于该井定向时需提前消除偏移距 后扭正方位 ,因此为降低施工难度 ,保证井眼轨迹平滑,针对该井斜井段进行剖面优化,上提造斜点至 井深 2 0 0 m,大 幅延 长消 除偏 移距 井段 ,有效 降低 井段 狗腿 度 ,确 保套 管下 人顺 利 _ 3 ] 。根据 优 化设 计 思 路 结合 地质 设计 ,YP 一 3 X井 剖面轨 迹设 计如 表 1 所 示 。轨迹 剖面 如 图 2所示 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 1 1 期 周文军 等 三维水平井 Y P 一 3 X井钻 井难 点与 对策 .9 1 . 0 0 1 6 . 6 7 1 6 . 6 7 2 5 . 3 1 2 5 . 3 1 41 _ 7 4 41 . 7 4 88 8 9 . 9 4 8 9 . 9 4 3 . 2井 眼轨迹 控 制技 术 3 . 2 . 1斜 井段 轨 迹控 制技 术 该 井 采 用 j 2 『 3 1 1 . 2 mm 钻 头 实 施 斜 井段 消 除 偏移 距 的 三维 井 段施 工 作 业 ,针 对 大 尺 寸 井 眼 定 向 率 低 ,使用 P DC钻 头定 向工具 面不 易到位等难题 ,采用 了柔性钻具组 合 ,取 消 刚性钻 铤 ,主要 钻 具 组 合 为 3 1 1 . 2 mmP D C 钻 头 1 . 2 5 。 2 2 8 mm 螺杆 j 2 『 2 0 3 mmMWD接 头 2 0 3 mm 无 磁 钻 铤 6 3 1 X 4 1 0转 换接 头 1 2 7 mm 加 重 钻 杆 4 5根 1 2 7 mm 钻 杆 。根 据 设 计剖 面 优 化 钻井 参 数 , 以 5 0 k N 钻 压滑 动定 向至 方位 7 5 。 、井 斜 至 1 2 。 时 ,采 用转 盘转 速 1 0 0 r / mi n ,钻 压 图 2 YP - 3 X井 井 身 剖 面 图 8 0 k N复合钻进 ,造斜率基本满足设计要求 ,大幅降低了滑动井段 ,有效提高了机械钻速。 设计采用 2 1 5 . 9 mm钻头扭方位 ,采用小钻压 1 0 0 r / mi n 复合 ,8 0 k N钻 压滑动扭方位 ,工具面控制在 2 7 0 3 0 0 。 之间 ,按照复合 3 0 m定 向 5 m的施工 比例实施钻进 ,既保证了 扭方位 ,同时控制井斜缓慢增长 。 增井斜施工 中为保证增斜率 ,起钻更换牙轮钻头定 向,保证实钻造斜率略大于设计造斜率 ,采用 8 0 k N 钻 压 ,8 0 r / mi n转 速 复 合 ,滑 动 钻 进 工 具 面 控 制 在 3 4 5 ~ 1 5 。 范 围 内,钻 压 1 0 0 k N,提 高 排 量 至 3 4 L / s ;中部稳斜段更换 P DC钻头提高机械钻速 ,复合微增斜 ,降低下部井段定 向增斜压力 ,同时避免 消耗 靶前 距 ;入 窗井 段根 据地 质需 求 小 幅调 整 靶前 距 与 中 靶垂 深 ,以 4 . 4 。 / 3 0 m 的增 斜 率增 井 斜 至 8 5 。 稳斜 探入 油层 上 部入 窗_ 4 ] 。 斜井段施工顺利 ,全井段复合率 7 5 ,全角变化率控制在 6 。 / 3 0 m 以内,井眼轨迹平滑 ,实钻中摩 阻控制在 2 2 0 k N以内,未发生任何井下复杂事故 。 3 . 2 . 2 水 平段 轨 迹控 制技 术 Y P 一 3 X井水平段设计采用j 2 『 2 1 5 . 9 mm 钻头钻进,设计井斜 8 8 ~9 O 。 ,油层厚度较薄 ,且根据后期 改造要求井眼沿油层 中上部穿行 ,轨迹控制难度较大。针对水平段岩屑床导致钻头加压滑动定向困难及 轨 迹走 向要 求 ,该井 水 平段 采用 更加 主动 的钻 具组 合 。 钻具组合 2 1 5 . 9 mmP D C钻头1 . 2 5 。 1 7 2 mm螺杆 2 1 3 mm球形扶正器 1 6 5 mm 回压阀 5 5 2 O O 2 0 4 O 5 O 5 1 0 5 9 5 9 4 7 1 5 0 ∞ ∞ M ” ” 0 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 蹭 ∞ 加 M 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油 天然 气工程 2 0 1 3年 1 1 月 1 6 5 mmMW D接头 1 6 5 mm 无 磁钻 铤 1 2 7 mm 加 重 钻 杆 1 2根 1 2 7 mm 钻 杆 1 5 0根 j 2 『 1 2 7 mm;fJ [ 1 重 钻杆 3 3根 1 2 7 mm 钻 杆 。 施 工 过 程 中 , 1 . 2 5 。 1 7 2 mm 螺 杆 配 合 2 1 3 mm 球 形 扶 正 器 组 合 , 复 合 增 斜 率 降 至 0 . 6 ~O . 8 。 / 3 0 m,滑动降斜率 6 。 / 3 0 m,水平段共滑动 1 2 0 m,复合率达到了 9 2 ,既达到了很好的 稳斜钻进效果 ,同时大幅提高了机械钻速。 水 平 段 实 钻 1 5 3 0 m,最 大 狗 腿 度 3 。 / 3 0 m, 大 部 分 井 段 控 制 在 1 。 / 3 0 m 以 内 ,平 均 机 械 钻 速 1 4 . 5 8 m/ h ,井 眼轨 迹平 滑 ,起 下钻 无遇 阻遇 卡 ,套 管下 人顺 利 。 3 . 3 钻 井液技 术 3 . 3 . 1 斜 井段钻 井液体 系 通 过对 直罗 组 、延安 组 、延 长组 地层坍 塌 机理 的研究 ,从 物理 防塌 、化学 防塌 和力 学平 衡三 方面进 行攻关 l_ 5 ] ,采用屏 蔽封 堵 防塌技术 ,抑 制泥 岩膨 胀 ,提高裂 隙破 碎地 层 的完整性 和钻 井液 的防塌性 ,研 制出强抑制无土相复合盐钻井液体系。体系配方基础为 0 . 0 5 9 / 5 P AM3 F T J 一 1 胺基聚合物 防塌降 失水剂0 . 3 9 / 5 P A C1 . 5 G3 0 3 一 WYR 无荧光生物油润滑剂 2 9 / 6 S MP 一 2 磺 甲基酚醛树脂降滤 失剂0 . 0 5 Na OH十1 2 ~1 6 KC 1 配方中液体以体积分数表示 ,固体 以质量分数表示 。该体系 密度 1 . 0 7 ~1 . 3 2 g / c m。 ,p H 值 8 . 5 ~1 0 ,塑性 黏度 1 5 ~2 0 mP a S ,失 水 量 3 ~ 5 ml ,动 切 力 8 ~ 1 3 P a , 静 切力 2 ~6 / 5 ~1 4 P a ,润 滑 系 数 0 . 0 2 6 ~ 0 . 0 7 ,含 砂 质 量 分 数 0 . 1 9 / 6 ~0 . 5 ,固相 质 量 分 数 4 ~8 。 体系具有良好的抑制防塌性能、较好的井眼净化能力以及优异的润滑减阻效果。 该体 系在 YP 一 3 X井 应用 后 ,振动筛 返 出的岩 屑 棱 角分 明 、形 状 规整 ,捻碎 返 出的 岩屑 内部 呈现 干 态 ,可以看出,体系有效控制了岩石坍塌压力的上升趋势 ,减少了泥页岩的进一步吸水膨胀,充分发挥 出了优 良的防塌抑制性能;此外 ,该体系还具有较强的携岩能力 ,克服了由岩屑床引起摩阻、扭矩大的 难 题 ,可在 油井丛 式水 平井 中推 广应用 。 3 . 3 . 2 水 平段钻 井液 体 系 长庆 油 田常规水 平段钻 井 液一般 具有 固相 含量高 、坂 土含 量高 、含砂 量高 、失 水高 、动 塑 比低 的缺 点 ,为提高钻井液体系屏蔽暂堵率 ,降低储层伤害 ,同时提高钻井液体系润滑性能 ,针对长水平段 降摩 减阻性能分析并在储层伤害评价的基础上 ,对暂堵微裂缝 、减少滤液侵入、提高润滑与携屑能力 、降低 岩 屑床厚 度等进 行 研 究 ] ,优 化 形 成 了强 抑 制 高效 屏 蔽 暂 堵 保 护 储 层 钻 井 液 体 系 ,体 系配 方 基 础 为 0 . 3 P AC HV0 . 8 P AC L V 3 G3 1 4 一 F D J 复合 堵 漏 剂 0 . 3 X C D 增 黏 剂 7 KC 1 4 Na C OOH 配方 中液体 以体积 分数表 示 ,固体 以质量 分数 表示 。 该体系在 YP 一 3 X井试验应用取得了良好 的效果 ,完钻水平段 1 5 3 0 m,裸眼段长 2 3 0 0 m,摩阻、扭 矩 未超 出钻 机安全 荷 载 ,起 下钻无 阻 卡现象 ,室 内评价 与应 用效 果显示 ,该 体 系具有 抑制 性强 一 次 回 收 率达 到 9 4 ,二 次 回收 率 8 2 . 6 、润 滑性 好 、抗 温 可达 1 2 0 ℃ 、性 能 稳定 性 好 、屏 蔽 暂 堵 效 果 好 封堵率超过 9 9 ,低剪切速率下携屑能力强 ,具备 了 “ 快速” 、“ 浅层” 、“ 高效”的特点 ,是一种适 合于长庆油 田丛式水平井长水平段施工的钻井液体系。 4 应 用效果 Y P ~ 3 X井 作 为致密 油藏 三维水 平井 钻 井 技术 先 导性 试 验 井 ,取 得 了 良好 的应 用 效 果 。该 井完 钻 井 深 3 7 4 6 m,水 平段长 1 5 3 0 m,垂深 1 9 5 7 . 8 m,偏移距 3 0 3 m,偏 移方 位 9 O 。 ,电N J I b , 利 ,施工 中未 发生井 下复杂 ,技术套管下深 1 4 5 0 . 6 m,生产套管下深 3 7 4 4 m,钻井周期 2 4 d ,建井周期 3 6 d ,完井试油产量 1 1 2 . 7 m。 纯油 ,是同区块水平井的 2 . 5倍以上。该井的成功实施突破 了丛式水平井瓶颈技术难题 ,形成 了以井 身结构 优化 、 . 剖 面轨迹 控制 、泥 页岩 防塌 等技术 集成 配套 的三 维水 平井钻 井技 术 ,为长 庆油 田规 模 开发致 密 油藏奠 定 了一定 的技术 基础 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 1 1 期 周文军 等 三维水平井 YP 一 3 X井钻 井难点与 对策 5 结论 1 YP 一 3 X井采用井身剖面优化、三维水平井轨迹控制、P DC钻头个性化设计 、复合盐钻井液等技 术 ,试验完成了一 口偏移角 9 0 。 、偏移距超过 3 0 0 m 的油井三维水平 井,为探索丛式水平井组开发致密 油 藏积 累 了宝贵 的经 验 。 2 井身剖面优化设计结合轨迹控制技术突破了丛式水平井瓶颈技术难题 ,实现了低成本水平井井 眼轨 迹空 间三维 调整 ,填 补 了长 庆油 田三 维水 平井 设计 技术 空 白。 3 应用抑制无土相复合盐钻井液体系有效解决了斜井段泥岩坍塌、滑动定 向脱压等难题 ;强抑制 高效屏蔽暂堵保护储层钻井液体系在一定程度上降低了储层伤害,并大幅降低 了施工摩阻与扭矩 ,完成 了三 维油 井 1 5 3 0 m 长 水平 段 。 [ 参考文献] [ 1 ]杨 华,李 士祥 ,刘显 阳 .鄂 尔多斯 盆地致 密油、页岩油特征及 资源潜力[ J ].石油学报 ,2 0 1 3 ,3 4 1 1 ~1 1 . 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[ 编辑] 萧雨 上接 第 8 0页 4 结论与认识 1 基于孔隙分量组合下 的渗透率计算方程中,渗透率随着 s 的增大而减小 ,说明在孔径分布范围 中4 qL 隙所 占比例越大 ,储层 的渗透性就越差;反之 ,中孔 、大孑 L 所 占比例越大,储层的渗透性就越 好 ,其中 ,在大孔 比例达到一定级别时会 出现渗透率的突增。 2 不同的 r 谱形态具有不 同的孔隙分量组合 ,当 s 占主要部分时 ,岩石 的孔 隙结构较差 ,对应 的 储层属于较差储层 ;当 s 占主要部分时 ,岩石的孔隙结构 中等 ,对应的储层属于中等储层 ;当 S 。占主 要部分时 ,岩石的孔隙结构好 ,对应的储层属于好储层 。该结论通过储层孔隙度、渗透率等宏观参数得 到充 分 验证 。 3 基于孔隙分量组合下的渗透率计算 ,其关键是要进行孔隙分量界限即弛豫时间区间的确定 ,需 要一 定 量 的压汞 及核 磁 r 谱 试验 分析 ,因此 在建模 前 应 当利用 压汞 孔喉 进行恰 当刻度 。 [ 参考文献] [ 1 ]何更 生 ,唐海 .油层物理 [ M].北京 石油工业 出版社 ,2 0 1 1 . [ 2 ]C o a t e s G R,Xi a o L i z h i ,P r a mme r M G.NMR l o g g i n g p r i n c i p l e s 8 L a p p l i c a t i o n s[ M].Ho u s t o n Gu l f P u b l i s h i n g C o mp a n y ,1 9 9 9 [ 3 ]周灿 灿,程相志 .核磁共振 自旋 回波 串确定渗透率方法探讨 口].测井技术 ,2 0 0 2 ,2 6 2 1 2 3 ~1 2 6 . [ 4 ]李潮 流,徐秋贞 ,张振 波 .用核磁共振测井评价特低渗透砂岩储层渗透性新方法 [ J ].测井技术 ,2 0 0 9 ,3 3 5 4 3 6 ~4 3 9 . [ 5 ]万金彬 ,孙 宝佃 ,陈守军 ,等 .数字岩心技术研究及应用 [ J ].测井技术 ,2 0 1 2 ,3 6 4 1 5 4 ~1 5 9 . [ 编 辑] 龙 舟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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