哈萨克斯坦SLK3井巨厚盐层钻井技术.pdf

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第 3 1 卷 第 2期 2 0 0 9年 4月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LL I NG PRODUCT1 0N TECHN0LOGY V0 1 . 31 No . 2 Apr .2 0 09 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 0 9 0 20 0 2 3 0 4 哈萨克斯坦S L K3 井 巨厚 盐层钻 井技术 张献丰 李汉桥 张军明 宋丰博 中原油田钻井四公司 , 河南濮阳4 5 7 3 2 1 摘要 哈萨克斯坦科 尔占探 区的巨厚岩层, 严重制约 了该地 区的石油勘探开发。结合国内外成熟的穿盐钻井技术, 在 S L K 3井盐层 井段使 用顶部驱动 , 应用两性 离子聚磺饱和 盐水钻 井液体 系, 通过优 选钻井技术 方案 , 克服 了 巨厚 盐膏层发 育、 塑 性蠕动、 地层非均质性以及高温高压、 井漏、 井垮等情况给钻井带来的难题 , 保证 了S L K3井的顺利完钻, 首次取全取准了科尔 占地 区 巨厚 盐层及 盐下油气藏 的各项地质 资料 , 摸 索出了该地 区钻 穿巨厚 盐层 的钻 井.Y - 艺综合 配套技 术 , 对今后 开发科 尔 占区 块盐下油气资源具有重要意义。 关键词 钻井技术 ; 巨厚盐层; 蠕变; 聚磺饱和盐水钻井液; 固井 中图分类号 T E 2 4 2 文献标识码 A Dr i l l i ng t e c hno l o g y o f hug e s a l t b e d i n we l l SLK3 i n Ka z a k hs t a n Z H A NG X i a n f e n g , L I H a n q i a o , Z H A N G J u n mi n g , S O N G F e n g b 0 T h e F o u r t h Dr i l l i n gC o m p a n yo fZ h o n g y u a nOe l d , P u y a n g4 5 7 3 2 1 , C h i n a Ab s t r a c t P e t r o l e u m e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p m e n t a r e s e v e r e l y r e s t ri c t e d b y h u g e s a l t b e d i n Ke r z h a n a r e a o f Ka z a k h s t a n . Co n s i d - e r i n g t h e s a l t b e d d r i l l i n g t e c h n o l o g y b o t h a t h o m e a n d a b r o a d , t h e o v e r h e a d d r i l l i n g t e c hn o l o g y a n d a mp h i o n p o l y s u l fo n a t e s a t u r a t e d s a l t d r i l l i n g fl u i d s y s t e m a r e u s e d i n s a l t b e d o f we l l S LK3 . T h e p r o b l e ms c a u s e d b y the d e v e l o p me n t o f h u g e s a l t g y p s u m b e d , s a l t p l a s t i c c r e e p , f o r ma t i o n h e t e r o g e n e i t y , h i g h p r e s s u r e a n d h i g h t e mp e r a t u r e , c i r c u l a t i o n l o s s a n d we l l b o r e i n s t a b i l i ty are a l l s o l v e d b y o p t i mi z i n g d r i l l i n g s c h e me s . wh i c h e n s u r e s the e a s y d r i l l i n g o f W e l l S L K3 . M o s t g e o l o g i c i n f o r ma t i o n a b o u t h u g e s a l t b e d a n d o i l g a s r e s o u r c e s u n d e r s a l t b e d i n Ke r z h a n a r e a a r e c o mp l e t e l y o b mi n e d wi t h a c c u r a c y f o r the fi r s t t i m e . T h e s y n t h e t i c a l d r i l l i n g t e c hn o l o g y a t h u g e s a l t b e d i n t h i s a r e a i s d e v e l o p e d . wh i c h i s o f g r e a t s i g n i fi c a n c e for f u t u r e o i l g a s r e s o urc e s e x p l o r a t i o n u n d e r s a l t b e d i n Ke r z h a n a r e a . Ke y wo r d s d r i l l i n g t e c hn o l o g y ; h u g e s a l t b e d ; c r e e p ; p o l y s u l fon a t e s a tur a t e d s a l t d r i l l i n g fl u i d ; c e me n t i n g S L K3井是科 尔 占区块第 1口盐下 预探井 。该 地 区中生界埋藏浅 , 盐膏层 巨厚 、 纯度高 , 易发生盐 溶和塑性蠕变而引起缩径 卡钻 、 井漏等复杂情况与 事故 ; 二叠系 、 石炭系地层研磨性高 、 可钻性差 , 机械 钻速低 ; 岩性软硬交错不整合 , 易产生垮塌 、 井漏 、 井 垮、 井斜。结合中原地区成熟的穿卫城盐、 文九盐、 文 2 3盐钻井综合技术 , 通过优选钻头 、 钻具组合 、 钻 井参数及工艺方案, 应用两性离子聚磺饱和盐水钻 井液体系 , 成功完成了高纯度 巨厚盐层钻井和盐下 油气藏的评价任务, 为今后在该地区盐下油气层钻 井提供 了详实的资料 。 1 S L K3 井简介 I n t r o du c t i o n o f S LK3 we l l S L K3井钻井周期 3 1 8 d 1 2 . 5 h , 建井周期 3 3 5 d 2 h , 设计井深 5 5 0 0 1 T I , 实 际井深 5 7 0 0 I n , 盐层井段预 计为 6 2 0 - 4 9 5 0 r n , 实钻井段为 6 0 0 ~ 4 9 9 7 m; 平均机 械钻速 2 .7 3 m / h , 全井井身质量合格率 1 0 0 %, 固井 质量合格率 1 0 0 %。二开 O3 1 1 . 1 5 n l n l 井眼的平均井 径扩大率 1 2 . 1 3 %, 三开 0 2 1 5 .9 m n l 井眼的平均井径 作者简介 张献丰, 1 9 6 5 年生。1 9 8 9 年毕业于西南石油学院油田化学专业, 高级工程师。电话 0 3 9 3 4 8 3 4 3 7 2 。 2 4 石油钻采工艺2 0 0 9年 4月 第 3 1 卷 第 2期 扩大率为 1 1 .4 8 %; 取心质量 在 5 2 8 6 .2 ~ 5 2 8 8 m碳 酸岩井段取心 1 . 8 0 m, 取心收获率 1 0 0 %。实钻井身 结构见表 1 。 表 1 S L K3 井实钻井身结构 T a b l e 1 Ac ma l d r i l l i n g s t r u c t u r e o f We l l S LK3 项目 导管 一开 二开 三开 四开 钻 头直径 6 6 0 . 4 4 4 4 . 5 3 1 1 . 1 5 2 1 5 . 9 1 4 9 . 2 / mm 井 深 / m 9 1 . 6 6 0 0 3 5 0 0 5 0 5 8 5 7 0 0 套 管直径 5 0 8 3 3 9 . 7 2 5 0 . 8 1 7 7 . 8 1 2 7 / mm 套 管下深 9 1 . 3 3 5 9 9 . 4 1 3 4 9 9 . 0 5 3 2 9 6 . 1 1 4 8 5 5 . 0 1 / m - 5 0 5 7 . 6 7- 5 4 8 5 . 0 水泥返 高 地 面 地面 地 面 3 4 0 8 4 9 5 3 / m 2 巨厚盐层钻井技术 Hu g e s a l t b e d d r i l l i ng t e c h no l o g y 2 . 1 确定合理的井身结构 Co n fi r m r a fio n c a s i ng pr o g r a m 合 理的井身结构是钻井成功 的基础 , 可 以有效 避免漏 、 喷、 塌 、 卡等复杂情况 的发生。根据实钻情 况 , S L K3井在原设计基础上进行了合理的更改 。 1 为防止盐水钻井液污染地表水层 , 使用 05 0 8 Ⅱ u n9 1 . 6 m导管封 固上部地层 原设计 2 0 m ; 一 开 6 0 0 m见盐完钻, 使用 0 4 4 4 .5 m m表层套管封固 上部松软易垮塌地层。 2 由于盐层厚 、 纯度高 、 发育好 , 上下地层温差 大、 存在 多套压力系统等, 从安全钻井角度 出发 , 采 用 0 2 5 0 . 8 r a i n和 01 7 7 . 8 mm两层技术套管对 巨厚 盐层进行封固。 该井巨厚盐层段预计厚度为 4 3 5 0 m, 实钻厚度达 4 3 9 7 m, 因此 01 7 7 . 8 mm技术套管下深 增加了近 5 0 m。 2 . 2 防卡技术措施 S tic k i ng pr e v e n t i o n t e c hn o l o g y 巨厚盐层位于二叠系孔谷 阶组 6 0 0 - 4 9 9 7 m , 随着井深增加 , 盐层纯度增高 , 易溶解 、 塑性流动, 发 生蠕变失稳 , 污染钻井液性能 , 引发缩径卡钻 、 坍塌 卡钻、 黏附卡钻 以及挤毁套管等复杂情况与事故 ; 盐 岩与泥岩、 粉砂岩层胶结强度低 , 易发生井漏。因此 , 提高钻井液的聚结稳定性和抗高温流变性、 使钻井 液具有较强的抗盐能力和抑制盐膏层蠕变能力 、 满 足各层段特殊地质条件下的要求 、 安全钻穿盐层是 该井钻探成败的关键。首先将钻井液配成聚合物饱 和盐水钻井液, 密度提高至 1 . 5 5 ~ 1 . 6 5 g / e m。 , 抑制上 部盐层蠕动 , 具体防卡技术有 1 上部井段采用最大水马力工作方式结合塔式 大钟摆钻具组合 , 使用大排量 、 高泵压 、 小钻压钻进 , 保证了井眼垂直 , 井底清洁。 2 钻进过程中, 始终坚持每钻完 1 根单根洗井 2 - 3 mi n , 上下划眼 2次修好井壁。盐层每钻进 1 2 m和 5 - 6 m分别上提套管划 眼 1 次 , 切削掉新钻井 眼因盐层塑性变形流动造成 的缩径部分。每钻完 1 单根起出转盘面再划眼 1 次 , 并严格控制划眼速度 , 确定无 阻卡后再接单根。 3 实钻过程总结得 出, 在纯盐层或钻时较快井 段 , 每钻进 5 0 ~ 1 0 0 m短程起下钻 1 次 ; 非盐层每钻 进 1 0 0 ~ 1 5 0 m或 8 h短程起 下钻 1 次 , 可 以及时清 除因盐层蠕变造成的缩径 , 保证井眼畅通。短起下 钻时, 应控制起下钻速度 , 遇阻卡不得超过 1 0 0 k N, 否则必须扩划眼 , 防止卡钻 。在下部深井段钻进过 程中, 充分利用顶部驱动优势 , 密切注视钻井参数 的 变化 , 特别是扭矩 , 当发现扭矩上升时必须不停地转 动钻具 、 上提下放至正常后方可进行下步作业。 4 井身质量控制。坚持每钻进 1 5 0 - 2 0 0 m测 1 次井斜 、 方位 , 精确地监控井 眼轨迹的变化 , 并及时 调整钻井参数及钻具组合 ; 钻具在裸眼段 内要一直 保持活动状态 , 以上下活动为 主, 活动距离应大于 3 m;因设 备检查等情况 , 钻具必须提人套管 内, 防止 因静止造成卡钻。 5 钻完盐层井段 , 电测 、 下套管通井后 , 必须将 钻具提至套管内, 静 置预测 电测、 下套管所需时间, 然后再 次下钻通井 , 用来 检验盐层井段缩径情况 。 若无显示则起钻进行 电测或下套管作业 , 若有显示 则连续通井处理钻井液至静置正常后再进行下步作 业。在长期停等期间 , 坚持定期进行通井作业 , 保证 了井眼畅通和井下安全。 2 . 3 防喷、 防漏、 防塌技术措施 Bl o wou t c o n t r o l ,a nt i l e a ka g e , ho l e s l o u g h i ng pr e - v e nt i o n t e c h no l o g y S L K3井油气层位于盐层下二叠系及石炭系地 层 , 主要为 白云岩和石灰岩夹层 。下二叠系、 石炭系 各层系问压力系数差异较大, 油层段孔隙裂缝较发 育 , 地层承压能力低 , 地层压力和漏失压力接近。井 眼小 , 钻井液密度安全范 围小 , 极易造成井喷 、 井漏 同时发生, 导致井壁坍塌及卡钻事故。为切实做好 防喷、 防漏 、 防塌工作 , 采取了以下技术方案 1 使用双稳定器钟摆钻具组合, 采用较低密 张献丰等 哈萨克斯坦 S L K3井 巨厚 盐层钻 井技术 2 5 度 1 . 5 g / c m 钻井液钻开油气层 , 钻井液 内混入适 量随钻堵漏剂 , 密切观察钻井液性能变化 , 保护好油 气层 , 不盲 目加重 , 钻井液密度上下波动范围不大于 0 . 0 2 g / c m , 保持钻井液静液压力 略高于地层流体压 力 , 防止发生井喷、 中毒事故。 2 目的层段严格控制起下钻速度小于 0 . 5 m/ s , 防止抽汲压力造成 井涌、 激动压力造成井漏。钻具 在井内的静止时间不得超过 3 mi n 。坚持每钻进 1 0 0 m必须短程起下钻 1 次。起下钻过程 中如有遇 阻、 卡现象, 要反复修井壁或划眼, 直到畅通无阻再下到 井底继续钻进 。 3 完井井深达 5 7 0 0 m, 必须加强钻具的管理与 检查。建立健全钻具记 录卡 , 坚持定期起下钻倒换 钻具。使用金属密封高效牙轮钻头, 提高钻头进尺 和工作时间。 4 完井作业通井尽可能少下钻铤。如果井下情 况良好, 则循环打封闭液进行下步作业; 如果井下情 况复杂 , 则反复通井至正常为止 。 2 . 4 钻头优选 Op timi z i n g b i t 全井共使用各种型号钻头 2 1只, 钻头的优选尽 量 以提高钻井液排量与泵压 、 强化水力能量对井底 的作用 , 优选喷嘴组合 , 提高钻头水力 功率 , 提高携 岩 、 破岩效果为原则 。 1 上部大井眼钻遇新生界和 白垩系 ~三叠系 , 岩性为泥岩 、 砂岩互层 , 岩石分级为软 ~中等 , 地层 可钻性好 , 导眼选用江钻 0 6 6 0 . 4 mm B1 2 1 钢齿牙轮 钻头完成 。一 开钻头选用江钻 0 4 4 4 . 5 mmJ T G1 1 5 L 钻头。充分利用最大水 马力 喷射钻井方式钻进 , 采 用 大 排 量 5 8 L / s 、 高泵 压 1 8 MP a 、 小 钻压 5 0 k N 、 低转速 6 5 r / mi n , 满足了导眼和一开钻进的防 斜打直及优快钻进的要求 。 2 二开 03 1 1 . 1 5 r l l lT l 井段孑 L 谷阶组地层 以盐膏 层 为主 , 偶夹薄硬石膏、 薄砂岩层 , 地层研磨性低 , 可 钻性较好 , 适合采用 P D C钻 头钻进 。对 于砂岩 、 硬 石膏层段, 使用金属密封的牙轮钻头, 充分利用大排 量 5 8 L / s 、 高泵压 1 5 - 2 0 MP a 的最大水马力钻井 技术 , 配合高转速 1 1 0 ~ 1 2 0 r / mi n 满足快速喷射钻 进。 共使用 1 只江钻 0 3 1 1 . 1 5 IT IIT I H J 5 1 7 G牙轮钻头, 2只 DB S公司生产 的 4刀翼 P DC钻头。 3 三开 O2 1 5 . 9 mm井段 仍 为孔谷 阶组地 层。 由于地层埋藏深, 岩石硬度较高。钻井参数为 钻 压 1 0 0 ~ 1 8 0 k N、 排 量 3 0 L / s 、 泵 压 1 5 MP a 、 转 速 6 5 r / rain ; 配合钟摆钻具组合钻进, 共使用钻头 4 只, 其 中 3只牙轮钻 头, 1只 P DC钻头。实钻结果 表 明 P D C钻头 比较适合下部地层 , 且钻压小 、 扭矩低 , 安 全高效 ; 钻穿盐层后 , 因地层硬度高, 不适应 P DC钻 头钻进 , 因而第 4只钻头选用高效金属密封 H J 5 1 7 G 钻头 , 由于钻头选 型正确 , 在 强化钻井参 数的基础 上 , 三开钻井速度得到了保证 。 . 4 四开 O1 4 9 . 2 mm井段石炭系岩性 由白云岩 和石灰 岩组成 , 部分夹带砾岩 、 砂砾 岩地层 , 具有埋 藏深 , 地层研磨性高 、 可钻性差 , 机 械钻速较低等特 点。为了便于发现油气层 , 取全取准资料 , 全部选用 江钻高强度金属密封的滑动轴 承孕镶式牙轮钻头 , 共 使用 1 1 只 , 其 中 H AM7 G钻 头 7只, HA5 3 7 G钻 头 4只。钻井参数为 钻压 8 0 ~ 1 2 0 k N、 排量 1 5 L / s 、 泵压 1 5 MP a 、 转速 6 5 r / mi n 。 2 . 5 巨厚盐层钻井液技术 Hu g e s a l t b e d d r i l l i n g fl ui d t e c hn o l o g y 1 通过室 内实验 和体 系优选 , 巨厚盐 层段采 用两性离子聚磺饱 和盐水钻井液体系 , 控制含盐量 大于 1 . 6 1 0 mg / L, 防止 地层盐 溶解 , 形成 “ 大肚 子 ”井眼 ; 控制钻井液膨润土含量为 3 5 ~ 5 5 g / L, 保 证钻井液具有 良好 的结构强度 ; 为克服盐层蠕变缩 径 , 钻井 液密度 由浅入深逐渐增加 , 控制在 1 . 5 5 ~ 1 . 8 g / c m ; 为保证各种有机处理剂的使用 , p H值控制在 9 ~ 1 0 ; 调整钻井液性能满足盐层钻井要求后钻进 , 同 时使用固控设备保持低固相 固相含量小于 2 0 % 。 2 盐层钻进过程 中, 下部高温井段造成钻井液 过饱和 , 而环空上返及地面流动过程 中的热交换会 在上部井段和循环罐 内出现盐重结 晶现象 , 引起盐 析卡钻。为预防盐结 晶卡钻 , 在钻井液 中加人 0 . 5 % 盐结晶抑制剂 NT A, 并按每钻进 1 0 0 I T I 加 3 0 0 k g的 标准定时定量补充 , 取得了良好效果 。 3 在下部深井 阶段 , 因密度在 1 . 8 g / c m 左右 , 体系抑制性较强 , 为维持钻井液抗高温和 良好 流变 性 , 使 用抗高温处理剂 S MP . 2降失水 , 保持常压失 水 2 4 mL, 高温 高压失水 1 0 ~ 1 4 mL; 使用 S MT碱 液控制流变性能, 保持初终切力分别为 2 4 P a 、 4 ~ 8 P a , 动切力控制在 1 0 ~ 1 4 P a 。 4 定期检测并保持钻井液黏滞系数 Kf ≤ 0 . 1 0 , 用 2 %~ 3 % 的润滑剂 S D R. 1 和 C 一 9 5 0 1日常维护 , 以 降低饱和盐水钻井液的高摩阻, 提高防卡能力。 5 为保证及时发现并保护油气层 、 防止井 喷, 首先 将钻井液密度调 整为 1 . 5 g / c m , 加人 2 % 非渗 2 6 石油钻采工艺 2 0 0 9年 4月 第 3 1 卷 第 2期 透抗压处理剂 HY - 2 0 2 , 提高下部灰岩 、 白云岩裂缝 性地层承压能力。钻至井深 5 3 1 0 m处有 良好 油气 显示时 , 未盲 目提高密度 , 为预防 H 1 s中毒 , 在 钻井 液 中混入 0 . 5 %碱式碳酸锌 , 并加强地面监控报警。 通过短程起下钻测后效 , 控制油气上窜速度小于 l 5 m/ h , 加重 时按循 环周 O . 0 2 ~ 0 . 0 3 g / c m 的幅度 增加 密度 , 防止因加重过猛或者密度不均匀而压漏地层。 在完钻施工作业 阶段 , 主要以提高钻井液润滑防卡 、 防塌为主 , 加大 了润滑剂 C 一 9 5 0 1 用量 , 钻井液润滑 性好 、 性能稳定 , 确保了完井电测 、 下套管 固井顺利。 2 . 6巨厚盐层深井固井技术 Hu g e s a l t b e d de e p we l l c e m e n t i ng t e c hn o l o g y 1 导管和表层套管固井使用俄罗斯 G级水泥 , 实施插人法固井 , 水钻井液返至地面。 2 二开 、 三开钻遇巨厚盐层 , 盐层段长达 4 3 9 7 m, 盐层发育好纯度高 , 地下压力层 系复杂 , 盐膏层 极易发生盐溶和塑性蠕变 , 易挤毁套管 , 同时严重影 响水钻井液性能的稳定性 , 不利于水泥胶结 , 从而影 响固井质量。 二开 02 5 0 . 8 mm套管因直径大 、 封固段长 、 水钻 井液量大、 上下温差大 、 易井漏等原因, 采用双级 固 井工艺 , 分级箍位于 2 2 3 3 . 6 5 ~ 2 2 3 5 . 9 4 m。一级使用 俄罗斯 G级水 泥。二级使用俄罗斯 G级水泥加盐 水 1 0 %, P平 均 为 1 . 9 6 g / c m , 固井质量优质。 三开 O1 7 7 . 8 mi l l 套管采用尾管悬挂固井 , 悬挂 器位置 3 2 9 6 . 1 1 3 2 9 9 . 2 2 m。使 用俄罗斯 G级水泥 加盐水 1 0 %, P 平 均 为 2 . 0 5 g / c m 。固井施工顺利但声 幅显示 3 3 0 0 - 4 8 0 0 m井段几乎无水泥 , 4 8 0 0 ~ 4 9 0 0 m 为混浆段 , 4 9 0 0 m至井底声 幅值 2 0 %~ 3 0 %; 但一周 后复测显示全部封固段封 固质量良好 。 分析原 因是 盐层段长、 盐纯度高 , 在井下高温高压环境下 , 水钻 井液发生分散 , 造成密度不均匀 , 出现缓凝效应 ; 井 下温差 大, 水钻井液配方 不合理 , 导致水钻 井液超 缓凝现象发生;固井施工采用了高温水钻井液配方 实测井底温度仅 1 0 8℃ , 缓凝剂加量偏大 加量为 1 .4 % , 上部井段温度偏低, 造成水钻井液凝固滞后。 因此在巨厚盐层 固井 , 对 固井设备 、 施工技术等要求 更高 , 抗盐水钻井液配方还有待进一步完善 。 3 四开 O1 2 7 mm无接箍套管采用尾管悬挂 固 井 , 悬 挂器位 置 4 8 5 5 . 0 1 ~ 4 8 5 9 . 6 4 m, 使用 俄罗斯 G 级水泥 , P 平 均 为 2 . 0 1 g / c m , 为 防止高温高压水泥强 度衰退 , 固井水钻井液中混入了适量石英砂 , 声幅测 井显示固井质量优质 。 3 结论与认识 Co n c l u s i o ns a n d s u g g e s t i o n s 1 通过 S L K3 井钻井施工, 摸索 出了一套 巨厚 盐层钻井技术方案。实践证 明, 仅靠提高钻井液密 度 、 降低失水是无法解决缩径现象的, 必须配合钻具 短起下 , 充分利用钻头对缩径井段及时进行机械破 坏才能达到最佳效果。 2 提高巨厚盐层钻井速度应从优选 P D C钻头 、 配合井下动力钻具复合双驱钻井技术人手 , 该技术 可 以有效降低钻压和扭矩 , 确保深井段钻具使用安 全 , 同时有利于控制井身质量 , 加快钻井速度。 3 使用两性离子聚磺饱和盐水钻井液体系成功 钻穿 4 3 9 7 m 巨厚盐层 , 有效解决了高密度钻井液在 超深井段的耐温性 、 盐重结晶 、 携砂 、 悬岩问题 , 较好 地保护了油气层 , 确保了井下安全与优快钻井。 4 盐层固井一直是固井技术 中的难题 , 而巨厚 盐层 固井施 工更应综合考虑盐层对水钻井 液的影 响, 良好 的饱和盐水钻井液体 系和流变性是提高盐 层固井质量的重要前提。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 曾义金 , 陈勉 . 深层岩膏层蠕动规 律研 究 [ J ]. 石油钻 采工艺, 2 0 0 2 , 2 4 6 1 - 3 . 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