BR112018071358B1 - Método para engaxetar componentes, conjuntos e módulos em ferramentas de fundo de poço - Google Patents
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Abstract
O aparelho pode incluir uma ferramenta transportada por um dispositivo de transporte. A ferramenta tem um corpo com uma seção de suporte de carga, uma superfície externa definida por um diâmetro, um eixo de rotação e um canal no corpo que se estende a partir de uma abertura na superfície exterior. Pelo menos uma parte do canal é inclinada em relação ao eixo de rotação do corpo na localização axial da abertura no corpo. O aparelho também inclui pelo menos um elemento funcional disposto no canal; e um conduto operativamente ligado ao, pelo menos, um elemento funcional que transfere pelo menos um de: (i) energia, (ii) um sinal, (iii) um fluido, (iv) e material de formação. Alternativamente, o aparelho inclui pelo menos um elemento funcional autônomo disposto no canal.
Description
[001] Esta divulgação se refere geralmente a engaxetar componentes e conjuntos numa coluna de trabalho utilizada num poço.
[002] Os furos de poços petrolíferos são perfurados pela rotação de uma broca de perfuração transportada para o furo de poço por uma coluna de perfuração. A coluna de perfuração inclui um tubo de perfuração (tubulação) que tem em sua extremidade inferior um conjunto de perfuração (também conhecido como "composição de fundo" ou "BHA") que transporta a broca de perfuração para perfurar o furo de poço. Um fluido de perfuração adequado (comumente chamado de "lama") é fornecido ou bombeado sob pressão de uma fonte na superfície abaixo da tubulação. Convencionalmente, o fluido de perfuração flui através de um furo de fluxo central ao longo da tubulação. Assim, os vários componentes e conjuntos que podem ser transportados pela coluna de perfuração estão de preferência alojados no corpo anular que circunda um ou mais furos de fluxo. Esses furos de fluxo podem estar localizados centralmente ou fora do centro. Os arranjos tradicionais de alojamento incluem luvas de cobertura, tampas de escotilha, base de sonda e engaxetamento de mega estrutura. Para perfilagem de furos de poços existentes, os instrumentos de cabo de aço são baixados no furo de poço por meio de um cabo. Os instrumentos de cabo de aço transportam equipamentos por tecnologias semelhantes, conforme mencionado acima.
[003] A presente divulgação proporciona arranjos de engaxetamento que não têm os inconvenientes dos arranjos de engaxetamento tradicionais.
[004] Em aspectos, a presente divulgação proporciona um aparelho para uso em um poço. O aparelho pode incluir uma ferramenta transportada por um dispositivo de transporte. A ferramenta tem um corpo com uma seção de suporte de carga, uma superfície externa definida por um diâmetro, um eixo de rotação e um canal no corpo que se estende a partir de uma abertura na superfície exterior. Pelo menos uma parte do canal é inclinada em relação ao eixo de rotação do corpo na localização axial da abertura no corpo. O aparelho também inclui pelo menos um elemento funcional disposto no canal; e um conduto operativamente ligado ao, pelo menos, um elemento funcional que transfere pelo menos um de: (i) energia, (ii) um sinal, (iii) um fluido, (iv) e material de formação.
[005] Em aspectos, a presente divulgação também proporciona um método para usar uma ferramenta adaptada para um poço. O aparelho pode incluir uma ferramenta transportada por um dispositivo de transporte. A ferramenta tem um corpo com uma seção de suporte de carga, uma superfície externa definida por um diâmetro, um eixo de rotação e um canal no corpo que se estende a partir de uma abertura na superfície exterior. Pelo menos uma parte do canal é inclinada em relação ao eixo de rotação do corpo na localização axial da abertura no corpo. O aparelho também inclui pelo menos um elemento funcional autônomo disposto no canal.
[006] Exemplos de certas características da divulgação foram resumidos (embora de uma forma bastante ampla) a fim de que a descrição detalhada das mesmas que se segue possa ser mais bem compreendida e a fim de que as contribuições que elas representam para a técnica possam ser apreciadas. Existem, evidentemente, características adicionais da divulgação que serão descritas a seguir e que constituirão a matéria das reivindicações anexas.
[007] Para uma compreensão detalhada da presente divulgação, deve ser feita referência à seguinte descrição detalhada da modalidade preferida, tomada em conjunto com o desenho anexo:
[008] A Fig. 1 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de um sistema de perfuração que pode incorporar um sistema de comunicação de acordo com modalidades da presente divulgação;
[009] As Figs. 2A e B ilustram esquematicamente canais formados num corpo com uma seção de suporte de carga de uma coluna de perfuração de acordo com modalidades da presente divulgação;
[0010] A Fig. 3 ilustra esquematicamente um elemento funcional empacotado num canal de acordo com uma modalidade da presente divulgação utilizada em conjunto com um conjunto de atuação de válvula; e
[0011] A Fig. 4 ilustra esquematicamente um elemento funcional empacotado num canal de acordo com uma modalidade da presente divulgação e usado em conjunto com um conjunto de atuação de válvula.
[0012] A presente divulgação proporciona arranjos e métodos relacionados para engaxetar “elementos funcionais”. Como usado neste documento, um "elemento funcional" é um corpo físico ou conjunto que é projetado para executar uma ou mais funções predeterminadas na superfície ou no fundo do poço. A função executada pode ser feita de forma autônoma ou em resposta a um sinal de comando. Além disso, o dispositivo funcional pode ser dinâmico e se mover entre um estado não ativado e um estado ativado, ou vice-versa. Isso é contrastado com dispositivos estáticos, como parafusos, escotilhas e outras estruturas inertes. Os ensinamentos da presente divulgação podem ser utilizados com qualquer ferramenta ou seção de uma ferramenta transportada por um dispositivo de transporte para um furo de poço/poço. O dispositivo de transporte pode ser um transportador rígido, tal como um tubo articulado, incluindo um tubo com fios, ou um transportador não rígido, tal como uma tubulação espiralada, cabo fixo, cabo liso, e-line, etc. Apenas por conveniência, uma coluna de perfuração será usada como um dispositivo de transporte exemplificativo na discussão abaixo.
[0013] Referindo-se inicialmente à Fig. 1, está ilustrada esquematicamente uma vista de elevação de um sistema 10 para a construção, perfilagem, completação ou recondicionamento de um furo de poço 12. O sistema 10 inclui uma coluna de perfuração 11 e uma composição de fundo (BHA) 20. Numa modalidade, a coluna de perfuração 11 pode ser constituída por uma seção de tubulares rígidos (por exemplo, tubular articulado). A coluna de perfuração 11 pode ser girada por um top drive 24 ou outro dispositivo de potência rotativo adequado. Em uma modalidade não limitativa, a BHA 20 inclui uma boca de perfuração 26, uma unidade de orientação 30, um motor de perfuração 40, um sub de sensor 50, uma comunicação bidirecional e módulo de potência (BCPM) 60, e um sub de avaliação de formação (FE) 70. Em outras configurações, a BHA 20 pode incluir estabilizadores ativos, escareadores, tratores, propulsores, preventores de fundo de poço, etc. Durante a perfuração, um fluido de perfuração flui pelo furo de fluxo da coluna de perfuração 11 e flui até um anular formado entre a coluna de perfuração 11 e uma parede definindo o furo de poço 12.
[0014] Referindo-se à Fig. 2A, é mostrada uma seção 90 da coluna de perfuração 11 (Fig. 1), que pode ser um tubo de perfuração ou qualquer um dos componentes que compõem a BHA 20 (Fig. 1) ou qualquer outra seção da coluna de perfuração 11. A seção 90 tem um corpo 89 com uma seção de suporte de carga 92 e um furo de fluxo 94, que pode ser posicionado centralmente ou fora do centro. A seção 90 tem um eixo rotacional 96, que é um dos três principais eixos ou principais eixos da ferramenta. O eixo rotacional 96 pode ser o eixo sobre o qual a seção 90 gira. Se a seção 90 não gira, então, o eixo rotacional 96 pode ser um eixo que divide a seção 90. Em algumas modalidades, o eixo rotacional 96 pode estar alinhado com o fluxo de fluido ao longo do furo de fluxo 94. A seção de ferramenta 90 tem uma superfície externa 104 que é definida por um diâmetro. Isto é, a superfície externa 104 se estende axialmente a uma distância especificada ao longo de um diâmetro não variável. Em algumas modalidades, a superfície externa 104 pode ser considerada uma superfície circunferencial. Como mostrado, o eixo rotacional 96 é paralelo com a superfície externa 104.
[0015] Os ensinamentos da presente divulgação permitem o engaxetamento de um elemento funcional diretamente na seção de suporte de carga 92 de uma composição de fundo ou outra ferramenta de poço. Esses métodos de engaxetamento podem fornecer maior flexibilidade em tamanho, acessibilidade e facilidade de manutenção, embora mantendo o(s) furo(s) interno(s) de fluxo 94 livre(s). Por exemplo, a área de fluxo de seção transversal do furo de fluxo 94 não precisa ser reduzida e o fluxo não tem que ser desviado do eixo central da seção 90.
[0016] Referindo-se às Figs. 2A e B, um canal 100 pode ser formado na seção de suporte de carga 92 para receber um ou mais objetos. Por região de carga 92, entende-se a massa física que suporta e transfere cargas de compressão, tensão, flexão e/ou torção através de toda a seção 90. O canal 100 pode ter uma abertura 102 que é acessível de fora da seção 90. Isto é, a abertura 102 é pelo menos parcialmente formada para penetrar na superfície externa 104 da seção 90. Deve-se notar que as faces de extremidade da seção 90 não estão acessíveis quando se conectam a ferramentas adjacentes e estão efetivamente dentro da coluna de ferramenta ou da composição de fundo. Em uma modalidade não limitativa, o canal 100 pode ter perfil transversal circular. Numa modalidade não limitativa, pelo menos uma porção do comprimento do canal 100 é fechada ou coberta pela superfície externa 104. Em ainda outras modalidades, a maioria do comprimento do canal 100 é fechado ou coberto pela superfície externa 104.
[0017] Os canais de acordo com a presente divulgação podem ter várias orientações, as quais são ilustradas nas Figs. 2A-B usando os canais 100, 110, e 120. Para facilitar a explicação, a seção 90 pode ser considerada como tendo dois planos não paralelos, como um plano horizontal 106 e um plano vertical 108, ambos paralelos ao eixo rotacional 96.
[0018] O canal 100 está inclinado e é direcionado para o centro da seção 90. Como usado neste documento, “inclinado” significa que o canal 100 tem um eixo longitudinal 103 que tem um declive diferente de zero em relação ao plano horizontal 106, mas não ortogonal ao eixo rotacional 96. Ou seja, a inclinação é maior que zero e menor que noventa graus. O canal 100 também pode ser descrito como inclinado e se estendendo radialmente para dentro a partir da superfície externa 104; isto é, é o canal 100 que se estende em um ângulo maior que zero e menor que noventa graus da superfície externa 104. Em modalidades, pelo menos uma parte do canal 100 que está inclinada está na localização axial da abertura 102 no corpo 89. Isto é, a inclinação começa ou termina na abertura 102.
[0019] O canal 110 pode ser compensado a partir do plano vertical 108 e se estende radialmente para baixo em linha reta a partir da abertura 112. Como o canal 100, o eixo longitudinal 113 (Fig. 2A) do canal 110 tem um componente que não é paralelo ao plano horizontal 106 (Fig. 2B). Este componente é paralelo ao plano vertical 108.
[0020] O canal 120 pode ser compensado a partir do plano vertical 108 e se estende radialmente para baixo em linha reta a partir da abertura 122a. Diferente dos canais 100, 110, o eixo longitudinal 123 do canal 120 tem um componente não paralelo ao plano horizontal 106 e um componente não paralelo ao plano vertical 108. Outra diferença é que o canal 100, 110 são furos "cegos". O canal 120 é diferente na medida em que se estende por toda a seção 90 e pode ter uma segunda abertura 122b na superfície externa 104 como mostrado na Fig. 2B. Além disso, uma ou mais passagens (não mostradas) podem se comunicar com os canais 100, 110, 120. Estas passagens (não mostradas) podem ser usadas para transportar fiação, hardware, linhas de fluido, etc. para o equipamento nos canais 100, 110, 120.
[0021] Deve ser apreciado que os canais de acordo com a presente divulgação são suscetíveis a numerosas variações. Os canais podem ter um perfil transversal não circular (não mostrado). Um canal 130 pode se estender de uma abertura 132 formada em uma superfície interna 105. Uma abertura também pode ser formada em uma face final 91 de uma seção 90. Além disso, os canais de acordo com a presente divulgação podem ser não lineares. Por exemplo, um canal 134 pode ser curvo para aumentar o comprimento disponível para empacotar um elemento funcional. Ainda outras geometrias de canal podem usar um leve desvio de uma linha reta para trazer um elemento funcional em contato íntimo com o corpo da ferramenta para gerar uma pré-tensão no elemento funcional. Por exemplo, o canal e o elemento funcional podem ter eixos longitudinais que não são paralelos ao longo de todo o comprimento do elemento funcional quando o elemento funcional está no canal. Assim, o elemento funcional está em contato com o corpo, e o contato gera uma pré- tensão no elemento funcional. Além disso, o canal pode incluir geometrias compostas, como um ou mais segmentos lineares e um ou mais segmentos não lineares (por exemplo, segmentos curvos). Esses segmentos podem ter geometrias diferentes (por exemplo, diferentes inclinações ou curvaturas). Ainda em outras modalidades, os canais de acordo com a presente divulgação podem ser contornados. Por exemplo, os canais de acordo com a presente divulgação podem ter diferentes diâmetros de canal em diferentes seções, que formam um canal de diâmetro escalonado ou podem ter outros contornos, tais como ranhuras, recessos, cavidades ou semelhantes.
[0022] Em algumas modalidades, um elemento funcional pode estar operativamente conectado a um conduto 160 como mostrado na Fig. 4. O conduto 160 pode transferir para o elemento funcional pelo menos um de: (i) energia, (ii) um sinal, (iii) um fluido, (iv) e material de formação. O conduto 160 pode incluir um meio que transmite sinais entre o elemento funcional 146 e um componente separado (não mostrado). O sinal pode ser de sinais de dados ou energia. Por exemplo, o transportador de sinal pode ser um cabo, fio, fibra ou outro meio sólido que transmite sinais eletromagnéticos, sinais ópticos ou sinais acústicos. O portador de sinal pode também ser um conduto, tal como uma tubulação ou um canal que transmite sinais de pressão baseados em fluido. Esses sinais podem ser usados para transmitir dados. Além disso, o transportador de sinal pode transmitir energia na forma de energia elétrica ou fluido pressurizado. O termo “operativamente conectado” significa que o elemento funcional é energizado através da conexão e/ou o elemento funcional recebe/transmite sinais codificados com dados através da conexão.
[0023] Em outras modalidades, o elemento funcional pode ser independente. Por autocontido, entende-se que o elemento funcional pode executar uma ou mais funções sem uma conexão operacional, como descrito acima, que fornece energia e/ou dados. Ou seja, o elemento funcional executa autonomamente uma ou mais funções no fundo de poço usando uma fonte de alimentação e controles integrados.
[0024] Sem estar vinculado a nenhum método de fabricação específico, canais não lineares ou curvados podem ser fabricados usando tecnologias de perfuração (padrão), EDM (padrão), ECM, formação de metal, fundição ou manufatura aditiva. Canais (cavidades) também podem ser criados usando mais de um componente; por exemplo, mandril e luva tendo ambos ^ do canal, divididos longitudinalmente, podem formar um canal quando ambas as peças são montadas.
[0025] Referindo-se agora à Fig. 3, é mostrado um conjunto de atuação da válvula 140 que pode ser usado para controlar o fluxo de um furo de poço. O conjunto de atuação da válvula 140 tem um corpo com uma seção de suporte de carga 142 definido por uma superfície externa 144. Canais, como discutido acima, podem ser formados no corpo 142 para abrigar um elemento funcional que por meio de exemplo não limitativo pode ser um atuador eletro-hidráulico 146. Para fins de visualização, o atuador eletro-hidráulico é mostrado antes da instalação no canal de recepção. Por exemplo, não limitativo, o atuador eletro-hidráulico pode ser configurado para fazer a conexão elétrica (para alimentação e comunicação) enquanto desliza para dentro do canal de recepção. Em outras modalidades, a conexão elétrica é feita a partir de portas de escotilha 147 após a montagem do atuador eletro-hidráulico.
[0026] Referindo-se à Fig. 4, é mostrada uma seção de qualquer ferramenta de fundo de poço, mas para simplicidade será encaminhada para o conjunto de atuação de válvula 140 mostrado na Fig. 3. Um canal 150 é formado no corpo 142 para abrigar um elemento funcional, como o atuador eletro-hidráulico 146. O canal 150 tem uma abertura 152 formado na superfície externa 144 e se estende para o corpo 142. Como descrito anteriormente, o canal 150 tem uma orientação que faz com que seja não paralelo ao eixo rotacional do conjunto de atuação de válvula 140. Deve-se notar que o atuador 146 é fixo no corpo 142 de tal maneira que o fluido possa fluir através do corpo 142 por um furo de fluxo posicionado centralmente 154.
[0027] Deve ser apreciado que os canais de acordo com a presente divulgação podem ser utilizados para empacotar vários tipos de elementos funcionais. Os elementos funcionais podem incluir ferramentas, instrumentos e outros tipos de equipamentos mecânicos, eletromecânicos, elétricos, eletrônicos, hidráulicos ou pneumáticos. Apenas a título de exemplo, tais equipamentos podem incluir atuadores sensíveis a sinais, eletrônicos, sensores, baterias, fonte emissora de energia (por exemplo, fontes acústicas e fontes de radiação), bombas hidráulicas, atuadores hidráulicos, atuadores eletromecânicos, válvulas, recipientes como tanques de amostra para armazenar material de formação, incluindo barris de núcleo, ou reservatórios de fluido, antenas, ferramentas de amostragem de fluidos, dispositivos de comunicação, nervuras de direção, estabilizadores ativos, etc. Um elemento funcional pode ser alimentado eletricamente, hidraulicamente ou mecanicamente (por exemplo, usando eletricidade, fluido pressurizado, molas comprimidas, etc.) e controlável (por exemplo, responsivo a sinais de controle e/ou programado).
[0028] Além disso, enquanto foi mostrado um conjunto de atuação de válvula, deve ser apreciado que um elemento funcional pode ser usado com qualquer tipo de ferramenta de fundo de poço, incluindo, mas não limitado a, todos os tipos de escareadores, ferramentas de ancoragem, packers de orifício aberto, packers de revestimento, tampões de obstrução, válvulas de coluna, válvulas de desvio, ferramentas de orientação (rotativas), transportadores de tanques, ferramentas de teste de pressão, ferramentas de amostragem, ferramentas de perfuração, sensor MWD (sísmica, resistividade, acústica, gama, NMR, etc.) etc.
[0029] Deve ser apreciado que os arranjos de empacotamento que usam canais de acordo com a presente divulgação proporcionam numerosas vantagens em relação aos arranjos de embalagem convencionais. Primeiro, um elemento funcional engaxetado em um canal acima descrito é acessível sem desmontar uma ferramenta de fundo de poço. Assim, por exemplo, um elemento funcional pode ser inserido na ferramenta de fundo de poço após a ferramenta de fundo de poço ser montada através da abertura do canal na superfície externa da ferramenta de fundo de poço. Além disso, quando a ferramenta de fundo de poço é recuperada do furo de poço, o pessoal pode acessar facilmente o elemento funcional sem perturbar as juntas, conexões ou outras partes da ferramenta de fundo de poço. Isto é, a ferramenta de fundo de poço pode ser recuperada através do canal aberto e/ou ferramentas ou instrumentos podem ser inseridos através da abertura do canal para trabalhar no elemento funcional. Portanto, atividades de manutenção, como manutenção, reparo, reforma e troca podem ser realizadas de forma relativamente rápida, pois não é necessária a desmontagem demorada da ferramenta de fundo de poço. Além disso, como observado anteriormente, os elementos funcionais são empacotados de uma maneira que não obstrua o fluxo de fluido de perfuração através do furo de fluxo central (por exemplo, furo de fluxo 94 da Fig. 2A) da coluna de perfuração 11 (Fig. 1).
[0030] Embora a divulgação anterior seja dirigida a certas modalidades da divulgação, várias modificações serão evidentes para aqueles versados na técnica. Pretende-se que todas as variações dentro do escopo das reivindicações anexas sejam englobadas pela divulgação anterior.
Claims (10)
1. Aparelho para uso em um furo de poço, compreendendo um dispositivo de transporte (11), o aparelho caracterizado por: uma ferramenta transportada pelo dispositivo de transporte (11), a ferramenta tendo um corpo (89) com uma seção de suporte de carga (92), uma superfície externa (104) definida por um diâmetro, um eixo rotacional, e um canal (100) tendo uma seção transversal circular formada no corpo (89) tendo uma primeira extremidade definida por uma abertura na superfície externa (104) e uma segunda extremidade que é axialmente deslocada da primeira extremidade ao longo do eixo rotacional; pelo menos um elemento funcional acionável (146) disposto no canal (100), o pelo menos um elemento funcional acionável sendo acionado por pelo menos um dentre (i) energia, (ii) um sinal, (iii) um fluido, (iv) e material de formação; e um conduto (160) conectado operativamente ao pelo menos um elemento funcional acionável (146) que transfere o pelo menos um dentre: (i) a energia, (ii) o sinal, (iii) o fluido e (iv) o material de formação.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, adicionalmente, o canal (100) tem pelo menos um dentre: (i) um segmento linear, (ii) um segmento curvo, (iii) dois segmentos com diferentes geometrias, (iv) e um segmento contornado.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, adicionalmente, o corpo (89) inclui um furo de fluxo e o dispositivo de transporte (11) é uma coluna de perfuração.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, adicionalmente, o dispositivo de transporte (11) é um transportador não rígido selecionado dentre: (i) cabo de aço, (ii) cabo liso, (iii) e e-line.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, adicionalmente, o canal (100) se estende da abertura na superfície externa (104) do corpo (89) através do corpo (89) para uma segunda abertura na superfície externa (104) do corpo (89).
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, adicionalmente, o canal (100) e o elemento funcional acionável (146) têm eixos longitudinais, os eixos longitudinais não são paralelos ao longo de todo o comprimento do pelo menos um elemento funcional acionável (146) quando o pelo menos um elemento funcional acionável (146) está no canal (100), o elemento funcional (146) está em contato com o corpo (89), o contato gera uma pré-tensão no pelo menos um elemento funcional acionável (146).
7. Método para usar uma ferramenta adaptada para um poço, caracterizado por: posicionar a ferramenta em um dispositivo de transporte (11), a ferramenta tendo um corpo (89) com uma seção de suporte de carga (92) e uma superfície externa (104), o corpo (89) tendo um eixo rotacional, e um canal (100) incluindo uma seção transversal circular formada no corpo (89) que se estende continuamente a partir de uma primeira extremidade tendo uma primeira abertura na superfície externa (104), pelo menos uma parte do canal (100) sendo inclinada em relação ao eixo rotacional do corpo (89) na localização axial na abertura no corpo (89) para uma segunda extremidade que termina dentro do corpo de ferramenta; dispor pelo menos um elemento funcional acionável (146) no canal (100); conectar operativamente um conduto (160) ao pelo menos um elemento funcional acionável (146); transferir pelo menos um dentre: (i) energia, (ii) um sinal, (iii) um fluido, (iv) e material de formação para o pelo menos um elemento funcional acionável (146); e transportar a ferramenta para o furo de poço utilizando o dispositivo de transporte (11).
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, adicionalmente, ativar o pelo menos um elemento funcional acionável (146) por pelo menos um dentre (i) a energia, (ii) o sinal, (iii) o fluido, e (iv) o material de formação.
9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, adicionalmente, manipular o pelo menos uma elemento funcional acionável (146) por um dentre: (i) inserção do elemento funcional (146) através da abertura, e (ii) recuperação do elemento funcional (146) através da abertura.
10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, adicionalmente, fazer manutenção do pelo menos um elemento funcional acionável (146) através da abertura.
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