BRPI0609243B1 - separador para separar um fluxo em um primeiro fluido, um segundo fluido mais denso do que o primeiro fluido, e sólidos, bem como sistema incluindo o separador - Google Patents
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Abstract
separador para separar um fluxo em um primeiro fluido, um segundo fluido mais denso do que o primeiro fluido, e sólidos, bem como sistema incluindo o separador. um separador (10) para separar ou parcialmente separar óleo, água, gás e sólidos de fluidos do poço de produção de hidrocarboneto compreende um vaso (12) e um ciclone (14) contidos dentro do vaso. uma passagem de entrada (18) passa através de uma parede do vaso (12) e para o ciclone (14), a passagem de entrada tendo dispositivo para fazer com que o fluxo gire dentro do ciclone. uma primeira passagem de saída (22) para uma fase rica em óleo se estende de uma posição dentro do ciclone e substancialmente em um eixo central (24) do ciclone; uma segunda passagem de saída (32) para uma fase de água se estende de uma base do vaso; e uma terceira passagem de saída (38) para os sólidos se estende de uma extremidade inferior do ciclone.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SEPARADOR A SEPARAR UM FLUXO EM UM PRIMEIRO FLUIDO, UM SEGUNDO DO MAIS DENSO DO QUE O PRIMEIRO FLUIDO, E SÓLIDOS, BEM O SISTEMA INCLUINDO O SEPARADOR". A presente invenção trata de um separador e particularmente, não exclusivamente, um separador que separa ou parcialmente separa água, gás e sólidos de fluidos de poço de produção de hidrocarboneto. :edentes da Invenção A produção de hidrocarbonetos, notadamente de campos de ó-gás remotos ou marginais no mar é de significante importância para >anhias petrolíferas e para as economias de alguns países produtores eo. As maiores descobertas de óleo são agora poucas, e estão em mui-asos começam a sofrer, ou já sofrem, problemas de produção causados Itas taxas de produção de água. É a extensão da vida econômica do io desses e o desenvolvimento das reservas menores de óleo recupe-em água profunda, ou uma longa distância de quaisquer outros recur-3ue cria a necessidade por um separador compacto de nova geração.
Para continuar a produzir ou trazer para produção tais campos m método econômico e ambientalmente seguro, deve ser benéfico se-o volume de qualquer água produzida, particularmente quando o cam-er introduzido sua fase contínua de água, tanto na extremidade frontal ocesso de separação na superfície quanto no leito do mar. A maioria de itos secundários não desejados do poço de óleo, tal como a água e os >s produzidos, necessitarão serem administrados tanto por descarga o meio ambiente enquanto satisfazem as regras no local para fazer is-janto por reinjeção em uma zona de disposição ou de manutenção de ão na vizinhança do poço de produção, em alguns casos os sólidos n ter que ser transportados para a margem para tratamento e distribui-Fudo isso pode ser alcançado durante a administração intermitente de les volumes de gás, sólidos, óleo e água, conhecido na indústria como da". Tem sido a administração dessas golfadas que tem usado histori-nte grandes vasos de pressão com um tempo de três minutos ou mais de suspensão ou de retenção, ou métodos de inibição de golfada para equa-lizar esse fluxo intermitente ou de golfada.
Exoosicão da Invenção De acordo com a presente invenção é fornecido um separador para separar um fluxo em um primeiro fluido, um segundo fluido que é mais denso do que o primeiro fluido, e sólidos, o separador compreendendo: um vaso, um ciclone contido dentro do vaso, uma passagem de entrada passando através de uma parede do vaso e para o ciclone, a passagem de entrada tendo dispositivos para fazer com que o fluxo gire dentro do ciclone; uma primeira passagem de saída para o primeiro fluido se estendendo de uma posição dentro do ciclone e substancialmente em um eixo central do ciclone; uma segunda passagem de saída para o segundo fluido se estendendo de uma base do vaso; e uma terceira passagem de saída para os sólidos se estendendo de uma extremidade inferior do ciclone. A extremidade superior do ciclone pode ser aberta para o vaso e, em uso, o segundo fluido pode transbordar o ciclone no vaso. O vaso pode ser substancialmente simétrico em tomo do seu eixo vertical centrai. O vaso pode ser cilíndrico.
Dispositivos podem ser fornecidos para fazer com que o fluxo gire dentro do ciclone compreendendo conformar ou alinhar a passagem de entrada para dirigir o fluxo de entrada para longe do eixo central do ciclone.
Um suspiro de gás pode ser fornecido em uma parte superior do vaso. A terceira passagem de saída pode incluir uma unidade de fluidi-ficação situada no ciclone.
Uma passagem adicional pode ser fornecida para canalizar água para a unidade de fluidificação.
Uma sede de vórtice ou detector de núcleo pode ser posicionada no ciclone acima da unidade de fluidificação. A primeira passagem de saída pode ter fendas que abrem em uma parte do ciclone em que o primeiro fluido se acumula conforme ele se separa.
Um filtro pode ser fornecido em um espaço entre o ciclone e o vaso.
Uma entrada de gás e um dispositivo de distribuição podem ser fornecidos na base do vaso.
Uma blindagem de núcleo pode ser fornecida em uma extremidade aberta do ciclone.
De acordo com um segundo aspecto da invenção, um sistema pode ser fornecido em que uma tubulação é conectada à primeira saída do separador, uma bomba é fornecida na tubulação para aumentar a pressão do fluxo através da primeira saída, e um indutor ou bomba de jato é fornecido na tubulação a jusante da bomba, o indutor ou bomba de jato sendo conectado a um suspiro de gás do separador. A tubulação pode ser conectada ao equipamento a jusante em uma pressão maior do que do separador. É uma vantagem da invenção em que ela fornece um método confiável de remover, pelo menos 80% da água produzida de uma corrente do orifício do poço. Ela também fornece administração de sólidos, de modo que as vazões volumétricas de líquido para um expurgador ou através de um processo de separação existente são reduzidas, permitindo desse modo que mais poços sejam perfurados e produzidos com facilidades existentes. Isso em muitos casos poderia aumentar a ciência econômica de produção e reservas recuperáveis ou de recursos de produção de óleo existentes no mar, novas instalações no mar ou de campos marginais no mar.
Vantajosamente, o sistema é capaz de administrar golfadas de fluidos e de sólidos sem uma queda no processo, oferecendo desse modo ao separador uma alta taxa de redução para cada fase a ser separada.
Breve Descrição dos Desenhos Para um melhor entendimento da presente invenção, e para mostrar mais claramente, como isso pode ser efetuado, uma referência será agora feita, a título de exemplo, aos desenhos em anexo, em que: A figura 1 é um corte transversal através de uma primeira moda- lidade de um separador de acordo com a presente invenção; A figura 2 é um corte transversal através de uma segunda modalidade de um separador de acordo com a presente invenção; e A figura 3 mostra um arranjo esquemático de um processo incorporando um separador como mostrado na figura 1 ou figura 2, incluindo um dispositivo de bomba para aumentar a pressão através de uma saída rica em óleo do separador de modo a alimentar um indutor ou bomba de jato, que puxa gás do separador para uma tubulação ou equipamento de corrente descendente em uma pressão maior do que do separador.
Descricão Detalhada de Modalidades Preferidas Com referência primeiramente à figura 1, uma primeira modalidade de um separador é indicada geralmente em 10. O separador compreende um vaso de pressão ou tanque 12 e um ciclone 14 montado dentro do vaso de pressão 12, espaçado da parede do vaso de pressão 16.0 vaso de pressão 12 é substancialmente cilíndrico com extremidades abobadadas, e tem um eixo vertical central indicado em 24.0 ciclone 14 é montado coaxi-almente dentro do vaso de pressão 12. Uma passagem de entrada 18 se estende através da parede 16 do vaso de pressão 12, através de um espaço anular interno 20 entre o vaso de pressão e o ciclone 14, e no ciclone 14. A passagem de entrada 18 abre no ciclone 14 tangencialmente, e é conformada para fazer com que fluidos entrem no ciclone através da passagem 18 para girar, e por conseguinte, causar um fluxo de turbilhonamento ou regime de fluxo de vórtice no ciclone 14. O ciclone 14 é também substancialmente cilíndrico, com uma extremidade inferior fechada 26 e uma extremidade superior aberta 28. Um detector de núcleo 30, alternativamente conhecido como uma sede de vórtice, é posicionado na base do ciclone, espaçado da extremidade inferior 26 do ciclone, onde os sólidos separados podem acumular.
Uma primeira passagem de saída 22 para uma fase rica em óleo se estende através da extremidade superior da parede do vaso de pressão ao longo do eixo 24, através da extremidade superior aberta 28 do ciclone 14 e termina em uma posição diretamente acima e espaçada do detector de núcleo 30, onde uma almofada de óleo ou núcleo de vórtice irá existir.
Uma segunda passagem de saída 32 para uma fase contínua de água é fornecida na base do vaso de pressão 12, e é conectada a um dispositivo de controle de nível da válvula de vórtice 34.
Alternativamente, a passagem de saída 32 é conectada a um controle de nível de líquido ou um óleo em dispositivo de controle da qualidade do conteúdo de água.
Um primeiro tubo 31 se estende de um lado do dispositivo de controle de nível da válvula de vórtice 34, entre o ciclone Mea parede do vaso de pressão 16, e termina em uma extremidade aberta 33. A extremidade aberta 33 é posicionada acima da extremidade superior aberta 28 do ciclone. Um segundo tubo 35 se estende do outro lado do dispositivo de controle de nível da válvula de vórtice 34 e termina em uma extremidade aberta 37, substancialmente em nível com a base do ciclone no vaso. O dispositivo de controle de nível da válvula de vórtice 34 controla o fluxo da fase contínua de água do separador. A saída 32 pode reportar via um dispositivo de válvula ou diretamente para um poço ou zona de injeção/disposição via uma bomba de injeção, ou para qualquer tipo de unidade de polimento, tal como um hidroci-clone para desolear líquido/líquído, um óleo do aparelho para filtração de água, um dispositivo de flotação ou um separador de chapa (não mostrado), de modo a adicionalmente reduzir o óleo no conteúdo de água da água produzida. A água pode também necessitar adicionalmente de uma desgaseifi-cação antes da disposição ao mar ou reinjeção.
Uma terceira passagem de saída 36 para sólidos é fornecida através da parede do vaso de pressão 16, que termina em uma abertura que faceia para baixo 38, abaixo do detector de núcleo 30 (como visto). A passagem de saída 36 é parte de uma unidade de fluidificação 40, também compreendendo uma entrada de água 42 que, quando alimentada com um fluido em uma pressão maior do que a existente no vaso 12 fluidifica os sólidos estabelecidos na base do ciclone cego 14 e dirige-os para a passagem de saída 36 para disposição ou tratamento adicional.
Uma quarta passagem de saída 44, primariamente para gás, é fornecida na extremidade superior do vaso de pressão 12. A passagem de saída 44 pode também ser usada para controle de pressão no vaso 12, para remover óleo do vaso de pressão, e para introduzir um gás de pressão maior » mediante certas circunstâncias.
Um pacote de chapa de coalescência ou meio de filtro 50 é posicionado no espaço anular 20.0 material de coalescência é desenhado para aumentar a distribuição de qualquer tamanho de gotícula de óleo na água produzida separada de modo a ajudar um tratamento terciário adicional. Por l conseguinte, o meio de coalescência ou de filtro inibe as gotículas de óleo de passarem para a base do vaso de pressão 12, criando desse modo uma almofada de óleo, que será periodicamente removida. O óleo liberado sobe para a parte superior do separador no núcleo rico de óleo no ciclone e sai através da saída 22 mediante a lei de Stokes. i Uma entrada de gás 46 e um dispositivo de distribuição 48 são dispostos na base do vaso de pressão 12, sob o ciclone 14 (como visto) através do que o gás pode ser injetado de modo a criar uma manta de bolhas finas para expurgar o espaço anular entre o ciclone e a parede do vaso de pressão. Isso ajuda a separação de gotas de óleo da água produzida sepa-i rada. Tal gás podería também ser na forma de condensado em forma de líquido que pode ter o efeito de puxar, por transferência de massa, óleo dissolvido fora da fase de água conforme ele expurga através do espaço anular 20 e reporta à primeira ou quarta saída 22,44. A entrada 46 e o dispositivo de distribuição 48 podem também ser usados para injetar químicas de dei semulsificante como requerido.
Em uso, os fluidos de um poço ou poços de produção reportam ao separador 12 através da passagem de entrada 18 e ajustam um regime de fluxo em turbilhonamento ou de fluxo em vórtice no ciclone 14.0 detector de núcleo 30 captura e reflete o núcleo do vórtice produzido pelo movimento i rotatório dos fluidos no ciclone 14. O gás livre migra para cima e coleta na extremidade superior abobadada no vaso de pressão 12 e sai do separador 10 mediante controle de pressão da saída de gás 44. Uma fase rica em óleo contínua reporta sob controle de pressão diferencial para a passagem de saída 22.
Uma fase de água contínua transborda a extremidade aberta do ciclone 14 e sai do separador 10 por meio do dispositivo de controle de nível da válvula de vórtice 34, através da saída 32. A água passa inicialmente fora do segundo tubo 35 e dentro da válvula 34 onde um regime de fluxo de vórtice é estabelecido. O fluxo da passagem de saída 32 está em um mínimo. Quando o fluxo de água sobre o ciclone aumenta, o nível de água aumenta no vaso até transbordar o primeiro tubo 31. Os tubos 31,35 entram na válvula 34 tangencialmente oposta, e desse modo quando a água flui através de ambos os tubos, o regime de vórtice é destruído e a água deixa a passagem 32 em fluxo máximo. Isso controla o nível de água no separador. Os sólidos que se estabelecem abaixo do detector de núcleo 30 são removidos pelo aparelho de fluidificação 40. O separador 10 tem um tempo de suspensão (ou de retenção) de separador 10 a 60 segundos. Com referência agora à figura 2, uma segunda modalidade de um separador é indicada em 60. O separador 60 compreende um vaso de pressão ou tanque 62 e um ciclone 64 montado dentro do vaso de pressão 62, espaçado da parede do vaso de pressão 66. O vaso de pressão 62 é substancialmente cilíndrico com extremidades abobadadas, e tem um eixo vertical centra! indicado em 74. O ciclone 64 é montado coaxialmente dentro do vaso de pressão 62. Uma passagem de entrada 68 se estende através da parede 66 do vaso de pressão 62, através de um espaço anular interno 70 entre o vaso de pressão e o ciclone 64, e no ciclone. A passagem de entrada 68 abre no ciclone 64 tangencialmente, e é conformada para fazer com que fluidos entrem no ciclone através da passagem 68 para girar, e por conseguinte, causar um fluxo de turbilhonamento ou regime de fluxo de vórtice no ciclone 64. O ciclone 64 tem uma porção superior substancialmente cilíndrica 72, uma extremidade superior aberta 78, uma porção inferior cônica 76 e uma extremidade inferior 80 levando a uma passagem de saída 82 e uma válvula 84, que pode ser aberta periodicamente para permitir a liberação de sólidos acumulados.
Como na modalidade anterior, o separador 60 tem uma passagem de saída 85 para uma fase rica em óleo que se estende através da extremidade superior da parede do vaso de pressão ao longo do eixo 74, através da extremidade superior aberta 78 do ciclone 64 e termina em uma posição aproximadamente a meio caminho para baixo da porção inferior cônica 76 do ciclone 64, onde existirá uma almofada de óleo ou núcleo de vórtice. Uma série de fendas ou aberturas 94 permite que a corrente rica em óleo entre na passagem de saída 84. As fendas 94 são desenhadas para minimi-■ zar a coleta de gás na corrente rica em óleo. Uma blindagem de núcleo 86 é fornecida na extremidade superior aberta 78 do ciclone 64, que incorpora uma pluralidade de tubos ascendentes de gás 88, isto é, tubos que se estendem na direção da extremidade superior abobadada do vaso 62. O propósito da blindagem do núcleo 86 é promover altas taxas de fiuxos axiais a rotacionais (turbilhão) dentro do ciclone 64 para acelerar a formação do núcleo de vórtice rico em óleo e liberar gás livre aos tubos ascendentes de gás 88. Uma tampa ou espaço de gás, indicado em 90, acumula acima o nível de líquido no separador, indicado em 92. A passagem de saída 85, conhecida também como um tubo de submersão, pode ter um trado em espiral na sua superfície externa, que auxilia a migração do gás para os tubos ascendentes de gás 88.
Uma passagem de saída 96 para a fase de água é fornecida na extremidade de fundo abobadada do vaso 62, e uma passagem de saída 98 para a fase de gás é fornecida na extremidade superior abobadada do vaso. Como na modalidade anterior, um pacote de chapa de coalescência ou meio de filtro 100 é posicionado no espaço anular 70, A fase de água transborda a extremidade superior aberta 78 do ciclone 64, passa através do pacote de chapa de coalescência ou meio de filtro, e sai através da passagem de saída 96.
Um sistema, incorporando um dos separadores 10, 60 é mostrado na figura 3. Os fluidos do poço de produção de hidrocarboneto de um poço ou furo de sonda são canalizados para a passagem interna 16,68 do separador. Uma bomba 104 é conectada à saída rica em óleo 22,85, que au- menta a pressão da saída de modo a alimentar um indutor ou bomba de jato 106 com energia motiva suficiente para puxar gás da saída de gás do separador em uma tubulação 108 ou equipamento a jusante 110, que está em uma pressão maior do que o separador. O equipamento a jusante 110 pode estar, por exemplo, a 20 km para longe do separador 10,60. O sistema fornece duas vantagens. Primeiramente, o equipamento a jusante 110 pode ser mantido na sua pressão de operação ótima para alimentar, por exemplo, um compressor de gás existente 112, independente das perdas de pressão através do separador e na tubulação 108. Isso é importante quando o equipamento de reajuste de separação a montante do aparelho de processo existe para administrar altos cortes de água. Em segundo lugar, o sistema pode ser usado para reduzir a altura de elevação hidrostática que opera no poço em questão e impulsionar a taxa de fluxo do poço, em particular, somente bombeando a corrente rica em óleo que estará de volume reduzido com menos gás associado, fazendo o sistema ser de mais custo útil e mais simples para manter, comparado com aquele reforço submarino.
Cada separador descrito aqui é um tipo de vaso extrator de água livre compacto (remoção de água produzida de uma corrente de três fases de óleo, gás e água) que usa uma unidade de ciclone cega embutida mais bem descrita como um dispositivo de ciclone simples tendo uma entrada de fluido tangencial, uma saída para a corrente rica em óleo que reporta ao lado de fora do separador e uma saída ou barragem de vertedouro na seção de topo aberta disponível para fluxo contínuo. Uma outra saída para uso intermitente ou em dose para a remoção de sólidos é opcionalmente fornecida. O tubo de submersão usado para comunicar com o centro axia! do ciclone cego pode mover verticalmente para cima ou para baixo o eixo do ciclone cego de modo a ser posicionado no ponto ótimo no corpo do ciclone cego. Na prática, o tubo de submersão, ou passagem de saída rica em óleo está em uma pressão menor do que o vaso separador.
Um encaixe (não mostrado) pode opcionalmente ser fornecido na passagem de entrada 18,68 de cada separador, o qual reduz a área de seção transversal da passagem de entrada, e, por conseguinte, aumenta a velocidade do fluxo dos fluidos de entrada. Isso aumenta a velocidade de turbilhão ou rotatória no ciclone, e tem o efeito de reduzir o tempo de retèn-ção no separador. O ciclone cego descrito também na primeira modalidade tem uma unidade de fluidificação para remover sólidos retidos da sua base para o lado de fora do tanque ou vaso de pressão do ciclone cego para distribuir na forma de pasta para tratamento adicional ou armazenagem seguindo o estágio de desgasificação. A água é deslocada pelos ciclones cegos intensificados por forças centrífugas para a parede de ciclones cegos, onde ela é forçada a viajar para cima para transbordar no topo da parede externa do ciclone cego. É uma característica importante, que a saída rica em óleo não rearraste sólidos ou gás. O separador pode ser controlado por diferenciais de pressão e/ou níveis, com uma provisão de cancelamento baseada em medida de qualidade de água, se requerida. O separador é geralmente pretendido ser operado acima da pressão atmosférica, mas ele pode alternativamente ser operado abaixo da pressão atmosférica ou pode ser aberto para a atmosfera. Vantajosamente, o vaso é um vaso de pressão estanque a fluido, que pode ser operado em um ambiente hostil, tal como em uma instalação de produção de óleo no mar ou no leito do mar.
REIVINDICAÇÕES
Claims (15)
1. Separador para separar um fluxo em um primeiro fluido, um segundo fluido que é mais denso do que o primeiro fluido, e sólidos, o separador compreendendo: um vaso (12; 62); um ciclone (14; 64) contido dentro do vaso (12; 62); uma passagem de entrada (18; 68) passando através de uma parede (16) do vaso (12; 62) e para o ciclone (14; 64), a passagem de entrada (18; 68) sendo adaptada para fazer com que o fluxo gire dentro do ciclone (14; 64); uma primeira passagem de saída (22; 85) para o primeiro fluido; e uma segunda passagem de saída (32; 96) para o segundo fluido se estendendo de uma base do vaso (12; 62); caracterizado pelo fato de que: a primeira passagem de saída (22; 85) se estende para o exterior do vaso (12; 62) e se projeta dentro do ciclone (14; 64) até uma posição substancialmente em um eixo central do ciclone (14; 64); uma extremidade superior do ciclone (14; 64) é aberta para o vaso (12; 62) de modo que, no uso, o segundo fluido transborda o ciclone (14; 64) no vaso (12; 62); e uma terceira passagem de saída (36; 82) para os sólidos se estendendo de uma extremidade inferior do ciclone (14; 64) para o exterior do vaso (12; 62).
2. Separador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o vaso (12; 62) é substancialmente simétrico em torno do seu eixo vertical central.
3. Separador de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o vaso (12; 62) é cilíndrico.
4. Separador de acordo com a reivindicação 1,2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o meio para fazer com que o fluxo gire dentro do ciclone (14; 64) compreende conformar ou alinhar a passagem de entrada (18; 68) para dirigir o fluxo de entrada para longe do eixo central do ciclone.
5. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um suspiro de gás (44; 98) é fornecido em uma parte superior do vaso (12; 62).
6. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que um filtro (50; 100) é situado em um espaço (20; 70) entre o ciclone (14; 64) e o vaso (12; 62).
7. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a terceira passagem de saída (36) inclui uma unidade de fluidificação (40) situada no ciclone (14).
8. Separador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma passagem adicional (42) é fornecida para canalizar água para a unidade de fluidificação (40).
9. Separador de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que uma sede de vórtice ou detector de núcleo (30) está posicionada no ciclone (14) acima da unidade de fluidificação (40).
10. Separador de acordo com a reivindicação 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma entrada de gás (46) e um dispositivo de distribuição (48) na base do vaso (12).
11. Separador de acordo com a reivindicação 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a segunda passagem de saída (32) é controlada por um dispositivo de controle de nível de válvula de vórtice (34).
12. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que que a primeira passagem de saída (85) tem fendas (94) que abrem em uma parte do ciclone (64) em que o primeiro fluido acumula conforme ele é separado.
13. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 e 12, caracterizado pelo fato de que um protetor de núcleo (86) é fornecido em uma extremidade aberta do ciclone (64).
14. Sistema incluindo um separador como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma tubulação conectada à primeira saída (22; 85) do separa- dor; uma bomba (104) na tubulação para aumentar a pressão do fluxo através da primeira saída (22; 85); e um indutor ou bomba de jato (106) na tubulação a jusante da bomba (104), o indutor ou bomba de jato sendo conectado a um suspiro de gás (44; 98) do separador.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a tubulação é conectada a um equipamento (110) a jusante, em uma pressão maior do que a do separador.
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