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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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