三分量阵列感应仪应用于西印度群岛特立尼达岛北海岸海相区域的油气田开发.pdf

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4 8 测 井与 射孔 2 0 0 7 年 第 1期 三分量阵列感应仪应用于西印度群岛特立尼达岛 北海岸海相区域的油气田开发 S t e f a n C a l v e r t 等著 张文静 译 中 国石油大学 华东 摘要 位于西印度 群岛北部 , 与 T o b a g o的西南部相邻 的北 海岸海相 区域 N CMA 处 于西部 T o b a g o盆地 的 P a t a o KK高地 , 该盆地含有很多优质砂岩气藏 . 这些砂 岩沉积 于早期 上新 世海相环境中。 在早期 , 我们发现在这些优质砂岩储层 中可能存 在薄层 , 而且, 还发 现在垂直 井 中普通 电缆感应仪测 量的是水平 电阻率分量 , 而对电阻率各 向异性 不敏感 。近 几年 , 三分量感应 仪研制成 功 , 它 可 以进行多 分 量测量 , 为地球物理学者用水平和垂直 电阻率 测量来确定低阻层提供了可能性。 在本文 中, 我们介绍了一种新 的三分量感应 测井 的应 用, 在油基泥浆钻探 井 中, 它通过整 体各 向异性 的测量提高了对许多薄层的评价。本文强调了发展这种技术的潜在利益。 关键词 三分量陈列感应测井各 向异性 电阻率 测量 1 前言 位于西印度群岛北部 , 与 T o b a g o的西南部相 邻的北海岸海相区域 N C MA 处于西部 T o b a g o盆 地的 P a t a o --k k高地 , 该盆地含有很多优质砂岩气 藏 , 这些砂 岩沉 积于早期上新世海相环境 中。 在早期, 我们发现在这些优质砂岩储层 中可 能存在薄层 。这样 的地层是很重要的油气储层 , 但它们通常是各向异性的, 导致了典型的低阻层 。 这种 电阻率各 向异性 的原 因先 前已经进行 了研 究, 通常归 因于变化的薄导电层 , 湿粘土和油气层 Kl e i n等人 , 1 9 9 7 。 在垂直井 中, 普通 电缆感应仪测量水平 电阻 率分量 , 对电阻率各向异性不敏感。近几年, 三分 量感应仪研制成功 , 它可进行多分量测量 , 为地球 物理学者用水平和垂直电阻率测量来确定低阻层 提供 了可能性 。 2 油田数据获得 的传感器技术 , 有一个三轴发射器和两个三轴接 收阵列。长阵列有一个主线圈和一个补偿线圈, 主线 圈距 离发射器 3 9 i n , 补 偿线 圈距离发射 器 2 7 i n , 短 阵 列 线 圈 的相 应 距 离 分 别 为 2 7 i n和 2 1 i n 。这样, 这种位于 2 7 i n处的传感器排 列有 6 个并置排列的线 圈、 短阵列的主线圈和长阵列的 补偿线圈。这种仪器还包含一个 常规的短 9 i n阵 列 图 1 。 在用油基泥浆钻探井时 , 侵入是非常浅的, 对 三分量感应数据可以应用一维侵入反演, 这是一 电子器件套 l l王 流传藤器 轴向发射器 短 “ z 阵列 巾轴阵列 挺轴阵列 导电保护套 泥饼电阻率传磕器 在这 口井应用 的三分量 电阻率仪是 Ro s t h a l 等人描述的实验模型 。这一模型应用了协同定位 图1 在N C MA应用的实验三分量感应测井原理图 收稿 日期 2 0 0 6 1 2 3 1 译者简介 张文静 , 女, 现为中国石油大学 华东 在读 研究生 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 三分量阵列感应仪应用于西印度群 岛特立尼达岛北海岸⋯⋯ 4 9 种快速精确的方法 , 它能同时确定这些地层 的水 平和垂直电导率 、 地层边界、 相对倾 角和方位角。 这种反演通过转置测量所得 的矩阵首先解决了相 对倾角的方位角, 然后, 将一维侵入的输入模型建 立在给出一个组合电导率作为“ X X” 和“ YY” 耦合 的基础之上, 用高斯一牛顿消去法, 一维编码转化 得到其它剩余的地层参数 图 2 。 z - . Z _ z- . Z _ 图 2 在反演处理 中使 用的层 状、 横 向各 向异 性 地层 模型 除了获得的电阻率各向异性数据和常规的三 维组合数据之外, 所获得 的其它一些数据也有助 于理解 电阻率各 向异性测量的本质。这些数据包 括 1 高分辨率油基泥浆电测井眼成像。这些 数据是采集处理的一个主要部分 , 因为我们认为 这些成像对于理解电阻率各向异性产生的原 因是 很重 要 的 。 2 次生伽马能谱测井 曲线。由元素俘获电 极获得次生伽马能谱测井曲线 , 用其 给出硅 、 钙 、 铁、 硫和铝的连续的元素浓度。 3 自然伽马能谱测井曲线 , 由中子/ 伽马测 井仪获得 , 用其提供钾 、 钍和铀连续的浓度 。 4 核磁共振测井被用来给出总孔隙度 和有 效孔隙度 , 确定粘土束缚水和束缚水的体积 。 5 岩 心分析结果 给出了独立 的岩 心孔隙 度, NMR / XR D 核磁共振/ x射线衍射 的数据给 出了独立的粘土体积。 3 数据解释方法 3 . 1 岩性一孔隙度计算 在 油 田数 据 解 释 中, 应 用 He r r o n 等 人 1 9 9 6 所提出的 s u b a r k o s e模型 , 将 次生伽 马能 谱仪所提供的元素浓度反演为总的粘土、 总的碳 酸钙和 QF M 石英 、 长石、 云母 的含量, 这种模型 反映了长石浓度的大小。另外, 通过钾的读数, 将 自然伽马能谱仪提供的数据引入到这一模 型中, 结合次生伽马能谱仪测量所得的铁元素浓度 , 能 够用来区分在 以下矿物中的粘土 绿泥石 多铁少 钾 、 伊利石 少铁多钾 和高岭石 少铁少钾 。因 此 , 所建立的岩石模 型包含三种类型的粘土、 胶结 好的方解石 、 石英和长石, 通过 XR D分析可以确 定长石含量 , 我们发现钾长石和斜 长石含量都很 小 , 两者 比例近乎相 等。 为了保持未知数 与输入测量数据 的一致, 我 们用放射性参数模拟一类介于钾长石与斜长石之 间 的长石 。 应用核磁共振测井 , 假定一个 l O O ms的截止 值 , 通过测量体积来区分孔隙中的束缚流体与 自 由流体 。先前 的实验 室核磁共振 岩心测量 显示 出, T2截止值不仅依赖于所含矿物和含水量 , 也 依赖于油基泥浆的侵入作用 , 基于此 , 选择最高值 处为砂岩层 。用来模拟油基泥浆的低黏度流体通 常会造成 T2离散的加长 , 从而导致 T 2截止值高 于水基泥浆侵入情况下的值。 目前进行的岩心分 析项 目将能证实这一假设 。用 l O O ms的截 止值 时, T i mu r C o a t e s核磁共振渗 透率通常会 产生 变换 。同时, 由 He r r o n等人 1 9 9 8 提出的模式 能得出矿物的渗透率估计。 为了计算出正 确的孔 隙体积 , 除 了考虑 可能 的油气作用, 检查油基泥浆的侵入作用也是必须 的。在这一模型中, 用核磁共振 和密度测井 给出 中子参考值 , 因为它们测量 的体积是一致的 An d r e a n i 等人 , 1 9 9 8 , 并 有 相似 的气 体影 响 C a o Mi n h等人 , 2 0 0 0 。 从油基泥浆成像 中获得一定量的高分辨率浅 电阻率 , 下列 的方法 是 由 T a b a n o u等人 , 2 0 0 2 提出的 , 用来确定水层 的侵入泥浆滤液。 3 . 2 含水饱和度和含油气饱和度的计算 含水饱和度的传统计算方法是只用 个 电阻 率等式 例 如双水 模型 , C l a v i e r等人, 1 9 8 4 。地 层水矿化度是通过 电缆取样估计 的。 但是 , 近几年来 , 许多研究学者 , 例如 Ta b a o u 等人 1 9 9 9 、 S h r a y等人 2 0 0 1 、 Ke n n e d y等人 2 0 0 4 、 C l a v a u d等人 2 0 0 3 已经提 出了几种计 算各向异性储层 中油气储 量的方法 , 在一个两层 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 测 井与 射孔 2 0 0 7血 模型中, 这些方法有本质上的差异 , 这种模型 中的 两层可以是砂岩层 和泥 岩层或细粒和粗粒砂岩 层 , 如同 Kl e i n模型。 在这个例子 中, 用 C l a v a u d等人 2 0 0 3 提 出 的层状砂泥 岩模 型来解 释电阻率 各向异性 的数 据 , 这种模型包含交互的高 电阻率各 向同性砂岩 层 , 由低电阻率各向异性泥岩层将其分隔 。为了 解决未确定的水平 和垂 向电阻率等式, 必须引入 泥岩体积分数和泥岩各向异性比率。在我们 的例 子中, 泥岩体积分数是用一组孔隙体积来确定的, 这些孔隙体积是由 0 . 1 ms 和 1 0 ms 之间的核磁共 振获得的, 通过反复实验 , 直到本例砂岩和泥岩中 的粗 、 细矿物的比例与其他粘土指示剂相一致。 根据在给定水平上砂岩部分与泥岩部分阻抗 的对比, C l a v a u d的砂一泥 岩模型进一 步约束 泥 岩各向异性的 比率 。在本例双水模型 中, 应用一 个饱和度公式来计算砂岩部分和泥岩部分的电阻 率。然后 , 分别在砂岩和泥岩中, 取流体体积的平 均值来计算总的含水饱和度, 再与一个近似的总 饱和度估计值相对 比, 这一估计值是通过早期使 用的常规地球物理模型计算所得的。 这种砂一泥岩方法是合理的, 因为下面我们 会提出, 我们已经证 明在泥岩各 向异性 比率为最 小值 3 左右时, 油气是不存在的。而且 , 这种方法 减小了由胶结层引起的电阻各向异性对饱和度的 影响。因为砂 岩段和泥岩段的总孔隙度是 近似 的, 所 以没 有 进 行 泥 岩 分 布 分 析 T h o ma s和 S t i e b e r , 1 9 7 5 。相同的双水参数被用于分类 和各 向异性 处理 中 。 4 结果和讨论 4 . 1 岩性一孔隙度计算 对储层段 A和段 B分别用前面所描述的模 型输出, 图 3和图 4显示的是常规岩心分析结果 和 XR D分析结果的对 比。我们主要关注的是 由 测井曲线获得 的孔隙度 和岩性分析 , 及其与岩心 评价的一致性 。对所有的岩心孔隙度都已进行 了 超 压校正 。 每幅图的第二道显示了由次生伽马能谱获得 的基本岩性结果, 叠加在上面的是 由岩心所得的 方解石体积。很容易看出, 在方解石含量很小时 , 次生伽马能谱也能对其进行精确确定。方解石含 蕊墨舞 l 商蕊 遘 砩 ■ ■ _ 。 。 、 _ 一 ● 礁秣 ,-i £ ; 箍 ≤ l_ w I 熏g 譬 f 榔 ■■ 一 一 0 蚶}0 1 { 枷 m ’ 。‘ -_ _ 嬲豳 鼻 c № 目 蠢 目 。 ; ’ t ; 一 £ L N ’ f t B _l 4 ’ ∞D ‘ I B & f 1 O l v ’ 0 4 ’ l _ l 0 t 1 . ; ∞ e ’ { ‘ c ● I - ● 0 e’{ - ● n ’ t 惟 ■ ■曾嚣 l } 曩 £ 薹 1 要 I 筏 毛 翟 } 雪 i’ 一 { 图 3 A段解释和岩心对 比 图 4 B段解 释和岩心对 比 量的确定实际上是相 当重要的, 因为方解石会导 致渗透率 的显著降低 , 如第 3道所显示 , 我们把 Ti mu r 和 Kl a mb d a渗透率估计值作为真实 的 岩心渗透率。 在更多的储层段 , 与 T i mu r C o a t e s 渗透率 相 比, Kl a mb d a渗透率与岩心渗透率的一致性 更好, 这是 由于 T i mu r --C o a t e s等式的形式在低 束缚水体积上有更大的不确定性。在更薄的含水 层段, 岩心柱和测井 曲线 的垂 向分辨率的不 同开 始产生影响, 这两种渗透率估计值的平均与岩心 数据所显示的渗透率产生了差异。 第 4道是岩心与测井孔隙度 的对比。在储气 砂岩层 , 对比显著 , 证实了所使用这种体积模型的 有效性。在主气藏上下 的泥质砂岩层 , 第 6道所 记录的核磁共振测井曲线显示 出其中的流体为束 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 三分量阵列感应仪应用于西印度群 岛特立尼达岛北海岸⋯⋯ 5 1 缚流体, 因此岩心与测井孔隙度对 比的一致性是 合理的, 这说明该层段是非常疏松的砂岩岩心 , 很 难完整的保存 。核磁共振和 He l i u m孔隙度间的 差异也是在 目前能做的饱和的实验室核磁共振 中 观察 到 的。 第 5道显示了由 X R D分析估计 的总粘土体 积和由岩石物理分析所得 的总粘土体积的对比。 三种主要粘土的体积是非常近似 的, 并能很明显 的看出, X RD分析进一步确认在对比层段几乎不 含高岭石, 含有伊利石和绿泥石 。 这些观测结果证 实了应 用在这 口井 中的岩 性一孔隙度模型是 内聚的 , 再应用这一模型来 帮 助分析三分量感应数据 的特性 , 尤其是这些数据 所提供的与含水饱 和度或含油气饱和度相关的信 息 。 4 . 2 含水 油气 饱和度计算 为能帮助我们更好 的确定水 油气 的饱和 度 , 在检测三分量感应测量的电压值中, 我们将从 A层段和 B层段选择三个层 , 集 中观测所选层段 的响应。 示的是粗粒矿物和细粒矿 物的相对 比例, 这里分 别是指模型中的砂岩部分和泥岩部分 。第 5道给 出了对粗粒即砂岩部分和细粒即泥岩部分计算所 得的电阻率 。第 6道显示 了总含水饱和度, 以及 由常规岩石物理评价所得的总含水饱 和度 。第 7 道显示的是根据总 的油气量 , 对层状砂岩的体积 分析结果 , 这些结果所对应的厚度在第 8道显示 , 右边用黑色显示 的是常规分析所得的油气厚度 , 左边用蓝色显示的是层状砂岩分析所得的油气厚 度。地层井眼成像和相应 的电阻率各向异性在第 9道显示 , 便于对 比。最后一道记录 了在钻探过 程中所记 录的总的气显示 。 对于层段 1产气砂岩层 , 岩石物理分 析的结 果与层状砂岩分析的结果没有显著的区别 , 这一 点是很令人欣慰的 , 因为我们并不相信那 种砂岩 体内的电测各 向异性与附加油气有关 。在主要储 层之上 的泥质层段处, 层状砂岩分析给了我们更 有趣 的结 果 , 它显示 出在那 一层段 的薄层 中有 2 . 5 HC P V. f t 的附加气体 , 在这种薄层 中的气体 显示与我们在钻探这一层段时从泥浆测井 曲线上 观察到 的总的气体读数密切相关 。 4 . 2 . 1 层 段 1 4 . 2 . 2层 段 2 层段 1 在 B层 段 中, 相 当于产气砂岩层 , 上 覆泥岩层 图 5 。除了用常规方法来计算含水饱 和度以外, 还应有层状砂泥岩模型。 第 1 道简单的显示 了标准 的岩石物理评价 , 便于对 比。第 2道是基于伽马曲线的直观的砂一 泥岩指示 。第 3道显示的是通过三分量电阻率仪 测量所得的水平电阻率和垂向电阻率 。第 4道显 骥 嘶 I 一 ~一 一■■一 ■ ■ 鞋 黑 a 勰 . 一 ⋯一 i 苎 , r 一 f 一 _ 0 H 曩● . ‘ 嚣 {嚏 - 巴 } ’; 量 j 0 童 }j; } 、 乞 l , I ~ , 一、 一 】 - - | l 夸 , ⋯ L ~ . i- 黧 ’ 窖 ’一 ≯ - . 层段 2相 当于含水砂 岩层, 位 于 B层段 内 图 6 。储层压力测量和取样证实了地层 的含水 特性 , 正 如预期 中一样, 没有发现 电阻 率各 向异 性 , 从三分量感应 仪所得出的水平 电阻率与常规 深阵列感应 电阻率值有很好 的一致性 。但 是, 由 油基泥浆成像所得到的浅电阻率曲线证实有浅的 泥浆 侵入 , 而这在浅感应 测量 中几 乎观测不到 。 隧鼎 嚣 卺掰 盛 暾 滞 罐 蕊 躜鹱 ■啊融絮焉 O ⋯ ~ ∞ 3 | D l 甘 n _ , 0 P 3 冀 鬟 靠 舞 誊 、 曩 ■誓 二 H J , f V } 0 t ⋯ In 1 x3∞ 邕 骊 ■口 l 崮 丽醋瞰 _。一 ■ ■目■■暖 x3∞ 黼 霹 } 毒强 ; 17 j J _ _ _ _ _ K ■ ■ 嘲 4 oo 图 5 层段 l 的解释 B层段 中的含气砂岩层 图 6 层段 2的解释 B层段 中的含水砂岩 层 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 测 井与 射孔 2 0 0 7血 这种浅的非导电性的侵入使我们能够在气一水接 触面以下利用一维侵入反演 , 从而计算 出残余气 体饱和度。 4 . 2 . 3层 段 3 层段 3位于 B层段 内, 集中于气一水接触层 段, 在此处有一个非常显著 的电阻率各 向异性。 在 图 7中可 以看到, 在气一水接触面附近有一个 高的电阻率各向异性, 这是我们最初 关注 的一个 原因。因为, 当用传统的各向同性砂岩、 各向异性 粘土或泥岩模型时 , 核磁共振测量有可能丢掉一 个低的不切实际的含水饱和度。 H n I ⋯●a ∞ ■ JO Ⅳ a j ● 1 种 ⋯ O l 梆 m , 衲 ∞; ⋯ ‘ ⋯ ‘函 哆 ’ 二 曼 匝 二 t h { “ l ⋯l 0 图 7 层段 3 解 释 B层段 中的气一水 接触层 。 有显 著 的电 阻率各向异性 Kl e i n等人 1 9 9 6 提 出, 湿润薄层 中的 电阻 率各向异性对含油气饱和度会产生很大的影 响。 后来 , 这一观点被 L i u等人 2 0 0 4 归纳 , 指 出电铡 各向异性的来源简单的是指有不同电阻率值 的层 或 比电阻率仪垂 向分辨率更小的薄层 。所 以, 为 了更深入地研究仪器读数 , 我们假定气一水 接触 面测量的各向异性是真实的, 且它是 由薄的胶 结 电阻层所造成的。在油基泥浆成像 的高分辨率电 阻率测量和具有 2 i n垂 向分辨率 的密度测量 中, 能够观察到这些电阻层 , 高孔隙度 、 低密度含气砂 岩和高密度电阻层的对 比能使它们更为显著 。 基于这一观测之上 , 假定一系列 6 i n的电阻 层, 图 8显示了一种测井响应 的模拟。这一模 拟 证实 , 薄的胶结层确实能产生测井 曲线上所 观测 到的这种电阻率各 向异性 。 岩心照片显示 出薄的胶结水平层 , 这在 图 8 图 8 层段 3 紧 实胶结薄层对 电阻率各 向异性作用的 模拟 右边能观测到。薄胶 结水平层意味着 , 在本例 中 电阻率各 向异性与残余 油气的相关性不大 , 而与 紧实层的存在有很大的关 系, 这些紧实层是潜在 的渗透率阻碍层, 至少在本 区域中是这样的。在 这一层段所取得垂直岩心柱也能说明这一问题 。 4 . 2 . 4层 段 4 层段 4相当于向上变粗 的泥岩层序 , 表现 出 明显各 向异性 的 图 9 。这种各 向异性是 中等 的, 在更浅的层段水平 电阻率与垂直 电阻率之 比 的读数近于 3 , 这一值与在 一些 南海泥岩 中所测 量到的内部 电阻率各 向异性近似 , 这些泥岩具有 近似相 同的孔 隙度 范 围 C l a v a u d等人 , 2 0 0 3 。 在我们用来计算 S 的层状砂岩解释模型中, 要考 { - _ 瑚 ⋯, ⋯】 ∞ m_ _ , 1 o a H 0 H 圜 “ ● ⋯ m ● ● ’ ● ■ , ■ . l l i 一 i }j 图 9 层段 4 在 R / R h 3时, 泥岩段显 示 出显 著 的 沉积各向异 性 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 三分量阵列感应仪应用于西印度群岛特立尼达 岛北海岸⋯⋯ 5 3 虑这一内部各 向异性。 4 . 2 . 5层 段 5 层段 5相当于向上变粗的砂岩层序 图 1 0 , 在本层 , 考虑到从 例如 4层 中所观测到的泥岩各 向异性 , 应用传统的和层状砂岩模型计算 了含水 饱和度 , 以本例中图 5所描述的形式显示 了一致 的数据解释结果 。 图 1 0 显示了对砂岩的分析结果 , 它是非常显 著的, 因为在泥质砂岩层段计算 出了重要的气体 体积, 这意味着本 区总的气体可能会是用常规方 法所计算 的聚集的孔隙体积的两倍 。 图 1 O 层段 5 层状砂岩分析 5 结论 为描述上新世气 藏 , 设计 了一个综合的数据 获取方案, 作为其 中一 部分 的一个完整的三分量 阵列测井仪成功的经过了测试 。 在这些储层评价中 , 这个分量电阻率仪的主 要作用是证实 采用 只对地层 电阻率水平分量敏 感的仪器 , 常规方法低估了本区的总油气量 , 在三 分量阵列感应测井这一技术和明确考虑了内部泥 岩各向异性的合理的解释方法的辅助下能获得更 稳健 的解 释 。 但是 , 要注意 , 这种方法除了在所应用的饱 和 度公式中用了一个区域胶 结因子之外, 没有再考 虑胶结作用。在这一方面, 我们通常给地层 中的 附加气体加一个上限值 , 但是 , 与常规方法估计值 相比, 仍然会有显著 的增加。 用现代岩石物理方法能够找出 NC MA地 区 的低孔隙度和低渗透 率岩层 中存在的附加气藏 , 但是, 仍然需要进行更 多的油藏工程 , 来证实这些 储层对增加总产量有 巨大潜力 。直到完成了这一 工作, 在钻探水平层时 , 我们就会很高兴的观测到 很多的气藏显示。 译 自 S P WL A 4 7 An n u a l L o g g i n g S y mp o s i u m , 2 0 0 6 , N 上 接第 3 3页 这里描述的使用孔隙度识别产层的分类 问题 能应用 到更多的预测参数 , 泥质含量、 含水饱和度 等。Kr z a n o ws k i 1 9 9 8 进行了详细的说明。 6 结论 渗透率的对数和孔隙度 的散点绘图作 YX 线性回归用于估算有效产层已经可以从统计学的 角度进行评价。我们发现 1 孔隙度截止值 的最好估计值是 不同的, 取决于它是用于计算有效产层/ 总产层 比还是识 别有效产层。在此次所用的数据 中, 其估计值最 大相差 3 p u 。 2 如果渗透率的对数和孔隙度之间是正态 分布的。 3 孔隙度截止值的 YX回归线估算的有 效产层是乐观估计 。 4 截止值 的最佳主轴线估算有效 产层/ 总 产层比是最理想的。 5 线性回归方法在一定假设条件下可以给 出孔隙度截止值 , 有一种方法仅基于此数据就可 以评价不同实验截止值误差的概率, 并确定使误 差最小的截止值 。 6 可以计算 出基于线性 回归估算得到的截 止值的置信区间。 7 如果 测量误 差的概 率分布已知 , 可以把 误差合并到截止值估计的步骤中。 8 识别 有效 产层 的截止值选取 , 在经典统 计学 中可 以看 作 是 分 类 问题 。如 Kr z a n o ws k i 1 9 9 8 描述的方法可以在不 同假设条件下得到截 I E 值。 译 自 P e t r o p h y s i c s , Au g u s t 2 0 0 6 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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