BRPI0815538B1 - CONNECTOR ASSEMBLY FOR USE IN A VESSEL. - Google Patents
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Description
(54) Título: CONJUNTO CONECTOR PARA USO EM UMA EMBARCAÇÃO.(54) Title: CONNECTOR SET FOR USE ON A VESSEL.
(51) Int.CI.: E21B 19/24; E21B 19/00 (30) Prioridade Unionista: 17/08/2007 GB 0716130.0, 17/08/2007 US 60/935528 (73) Titular(es): GRENLAND GROUP TECHNOLOGY AS (72) Inventor(es): BJORN BRO SORENSON “CONJUNTO CONECTOR PARA USO EM UMA EMBARCAÇÃO”(51) Int.CI .: E21B 19/24; E21B 19/00 (30) Unionist Priority: 08/17/2007 GB 0716130.0, 08/17/2007 US 60/935528 (73) Holder (s): GRENLAND GROUP TECHNOLOGY AS (72) Inventor (s): BJORN BRO SORENSON “CONNECTOR SET FOR USE ON A VESSEL”
Esta invenção refere-se a um conjunto de conector para usar em uma embarcação para eliminar movimento vertical relativo entre a embarcação e equipamento afixado a um tubo ascendente afixado a um poço submarino.This invention relates to a connector set for use on a vessel to eliminate relative vertical movement between the vessel and equipment affixed to an ascending tube affixed to an underwater well.
Em operações de perfuração de gás e petróleo onde existem várias técnicas para inserir ou remover tubo de produção ou dutos ou linhas em ou de poços. As técnicas de intervenção de poço incluem o uso de tubo espiralado, cabos de aço ou um processo onde seções de tubo individuais são enroscadas entre si para formarem um tubo contínuo no poço, também chamado retentor. Em uma intervenção com tubo espiralado, um tubo contínuo inicialmente enrolado em um carretei é desenrolado, ordenado e empurrado poço abaixo. Para fazer isto, vários itens de equipamento ficam localizados na área acima do poço, todos suportados em uma armação comum. Uma configuração típica envolve, de cima para baixo, um pescoço de ganso para guiar e ordenar o tubo espiralado na medida em que ele é alimentado do carretei, uma cabeça de injetor para empurrar o tubo de produção para ou puxá-lo para fora do poço, uma caixa de engaxetamento para formar um selo em tomo do tubo de produção, e um conjunto de preventores de explosão. Pode haver componentes adicionais dependendo da especificidade da operação realizada. O conjunto de preventores de explosão propriamente pode consistir de um número de componentes, tais como gavetas de tubo, uma gaveta para cunha, uma gaveta de corte e uma gaveta cega.In oil and gas drilling operations where there are several techniques for inserting or removing production pipe or ducts or lines in or from wells. Well intervention techniques include the use of coiled tube, steel cables or a process where individual tube sections are threaded together to form a continuous tube in the well, also called a retainer. In an intervention with a spiral tube, a continuous tube initially wound on a reel is unrolled, ordered and pushed down the well. To do this, several items of equipment are located in the area above the well, all supported on a common frame. A typical configuration involves, from top to bottom, a goose neck to guide and order the spiral tube as it is fed from the reel, an injector head to push the production tube to or pull it out of the well , a packing box to form a seal around the production tube, and a set of explosion preventers. There may be additional components depending on the specifics of the operation performed. The explosion preventive set itself may consist of a number of components, such as tube drawers, a wedge drawer, a cutting drawer and a blind drawer.
Com respeito a intervenção de poço realizada de uma embarcação flutuante em um poço submarino é necessário preparar ou montar todo o equipamento no topo de um tubo ascendente, que é afixado ao topo do poço no fundo do mar. O tubo ascendente estende-se do topo do poço no fundo do mar, até o convés de trabalho da embarcação. O comprimento do tubo ascendente depende da profundidade de mar e pode ser considerável, assim, para impedir que ele colapse, ele é suportado por um mecanismo de tensionamento afixado à embarcação. O mecanismo de tensionamento compensa o movimento de arfagem da embarcação, de modo que o tubo ascendente é suportado sem flambar, e o topo do tubo ascendente não se move verticalmente em relação ao fundo do mar. Entretanto, os equipamentos de intervenção de poço situados na embarcação se movem verticalmente devido a arfagem induzida pelas ondas e correntes, e isto pode ser um problema quando se deseja realizar operação, ensaio e manutenção dos equipamentos de intervenção.Regarding the well intervention carried out by a floating vessel in an underwater well, it is necessary to prepare or assemble all the equipment on top of a riser, which is attached to the top of the well at the bottom of the sea. The ascending tube extends from the top of the well at the bottom of the sea, to the work deck of the vessel. The length of the riser depends on the depth of the sea and can be considerable, so to prevent it from collapsing, it is supported by a tensioning mechanism attached to the vessel. The tensioning mechanism compensates for the vessel's pitching movement, so that the riser is supported without flaming, and the top of the riser does not move vertically in relation to the seabed. However, well intervention equipment located on the vessel moves vertically due to pitching induced by waves and currents, and this can be a problem when it is desired to perform operation, testing and maintenance of the intervention equipment.
Para lidar com este problema, foi proposto em WO 03/067023 prover uma conexão telescópica entre o tubo ascendente e os equipamentos de intervenção de poço. Uma metade do telescópio é presa ao topo do tubo ascendente e a outra metade do telescópio é presa aos equipamentos de intervenção que então podem mover-se com o movimento de arfagem da embarcação, fazendo com que as partes de telescópio deslizem uma com respeito a outra. Por conseguinte, os equipamentos de intervenção de poço podem ficar estacionários em relação à estrutura da embarcação, tomando preparação, ensaio e manutenção dos equipamentos uma operação mais segura e mais fácil do que seria se eles estivessem fixados ao tubo ascendente e móveis em relação à embarcação. O sistema então é projetado para eliminar movimentos de arfagem verticais relativos entre os equipamentos e a embarcação.To deal with this problem, it was proposed in WO 03/067023 to provide a telescopic connection between the riser pipe and the well intervention equipment. One half of the telescope is attached to the top of the riser and the other half of the telescope is attached to the intervention equipment which can then move with the vessel's pitching motion, causing the telescope parts to slide with respect to each other . Therefore, well intervention equipment can be stationary in relation to the vessel's structure, making preparation, testing and maintenance of equipment a safer and easier operation than it would be if they were attached to the riser and mobile in relation to the vessel. . The system is then designed to eliminate relative vertical pitching movements between the equipment and the vessel.
O sistema conhecido envolve a provisão de um selo de baixa pressão durante o modo de eliminação de arfagem e, desse modo, requer que os cilindros telescópicos tenham um selo de deslizamento dinâmico entre eles. O inventor reconheceu agora que em muitas situações de intervenção de poço não existe de fato necessidade de prover um conduto selado contínuo entre o tubo ascendente e os equipamentos de intervenção.The known system involves the provision of a low pressure seal during the elimination of pitching mode, and thus requires that the telescopic cylinders have a dynamic slip seal between them. The inventor has now recognized that in many well intervention situations there is in fact no need to provide a continuous sealed duct between the riser and the intervention equipment.
De acordo com a invenção, é provido um conjunto de conector para uso em uma embarcação para eliminar movimento vertical relativo entre a embarcação e um tubo ascendente afixado a um poço submarino, o conjunto de conector compreendendo uma primeira parte de conector a ser preso ao tubo ascendente, uma segunda parte de conector a ser presa à embarcação, a segunda parte de conector sendo conectável à primeira parte de conector sem movimento axial relativo e desconectável da primeira parte de conector para permitir movimento axial relativo entre as primeira e segunda partes de conector, e um mecanismo de alinhamento que, quando as primeira e segunda partes de conector são desconectadas, mantém as partes de conector em alinhamento axial e espaçadas de uma maneira não selada por uma folga cujo tamanho varia com movimento axial relativo das primeira e segunda partes de conector.According to the invention, a connector assembly is provided for use on a vessel to eliminate relative vertical movement between the vessel and an upward tube attached to an underwater well, the connector assembly comprising a first connector part to be attached to the tube upward, a second connector part to be attached to the vessel, the second connector part being connectable to the first connector part without relative axial movement and disconnectable from the first connector part to allow relative axial movement between the first and second connector parts, and an alignment mechanism that, when the first and second connector parts are disconnected, keeps the connector parts in axial alignment and spaced in an unsealed manner by a gap whose size varies with relative axial movement of the first and second connector parts .
Com este tipo de arranjo, durante, por exemplo, operações de intervenção de poço, as primeira e segunda partes podem ser desconectadas para permitirem movimento axial relativo. O tamanho da folga não selada entre as partes de conector varia com movimento de arfagem, mas à medida que as partes de conector são mantidas em alinhamento axial, se for desejável inserir qualquer equipamento, tal como dutos tubulares, no tubo ascendente, então isto ainda pode ser feito mesmo que exista uma folga variável. Em algumas situações, portanto, isto será uma solução relativamente pouco dispendiosa para o problema de movimento relativo de uma embarcação e um tubo ascendente devido ao movimento de arfagem da embarcação.With this type of arrangement, during, for example, well intervention operations, the first and second parts can be disconnected to allow relative axial movement. The size of the unsealed gap between the connector parts varies with pitching motion, but as the connector parts are kept in axial alignment, if it is desirable to insert any equipment, such as tubular ducts, into the riser, then this still can be done even if there is a variable gap. In some situations, therefore, this will be a relatively inexpensive solution to the problem of relative movement of a vessel and an upward tube due to the vessel's pitching movement.
Preferencialmente, o mecanismo de alinhamento compreende um primeiro suporte estendendo-se lateralmente desde a primeira parte de conector, um segundo suporte estendendo-se lateralmente desde a segunda parte de conector, e um dispositivo de guiamento espaçado lateralmente desde as primeira e segunda partes de conector e estendendo-se entre os primeiro e segundo suportes para manter as primeira e segunda partes de conector em alinhamento axial durante movimento axial relativo das mesmas. O dispositivo de guiamento pode compreender um membro de guia fixado aos primeiro e segundo suportes e móvel em relação aos outros suportes. O membro de guia pode ser fixado ao primeiro suporte, mas preferencialmente ele é fixado ao segundo suporte.Preferably, the alignment mechanism comprises a first support extending laterally from the first connector part, a second support extending laterally from the second connector part, and a guiding device spaced laterally from the first and second connector parts and extending between the first and second supports to keep the first and second connector parts in axial alignment during relative axial movement thereof. The guiding device may comprise a guide member fixed to the first and second supports and movable with respect to the other supports. The guide member can be attached to the first support, but preferably it is attached to the second support.
Um invólucro protetor pode ser provido para o dispositivo de guiamento. O invólucro protetor pode assumir a forma de um cilindro. O membro de guia do dispositivo de guiamento pode ser deslizavelmente recebido no cilindro.A protective casing can be provided for the guiding device. The protective casing may take the form of a cylinder. The guide member of the guiding device can be slidably received in the cylinder.
Em uma modalidade preferida, uma pluralidade de dispositivos de guiamento é provida, cada lateralmente espaçado das primeira e segunda partes de conector. Isto pode ajudar a lidar com qualquer carregamento lateral ou torsional. Dispositivos de guiamento plural como estes são vantajosamente espaçados equiangularmente em tomo do eixo central das primeira e segunda partes de conector. Em uma modalidade preferida, são providos três dispositivos de guiamento. Assim, poderá existir uma pluralidade de dispositivos de guiamento dispostos lateralmente para fora das partes de conector. A fim de proteger os dispositivos de guiamento de impacto contra outros equipamentos, por exemplo, na área de poço central da embarcação, um membro de blindagem protetora pode ser disposto lateralmente para fora da pluralidade de dispositivos de guiamento. Um membro de blindagem como este é preferencialmente geralmente cilíndrico.In a preferred embodiment, a plurality of guiding devices are provided, each laterally spaced from the first and second connector parts. This can help to handle any lateral or torsional loading. Plurally guided devices such as these are advantageously spaced evenly around the central axis of the first and second connector parts. In a preferred embodiment, three guiding devices are provided. Thus, there may be a plurality of guiding devices disposed laterally out of the connector parts. In order to protect the impact guidance devices against other equipment, for example, in the vessel's central well area, a protective shield member may be disposed laterally out of the plurality of guidance devices. A shield member like this is preferably generally cylindrical.
O primeiro suporte pode ser provido com um flange para conectá-lo ao primeiro conector, que pode ter um flange correspondente. O segundo suporte pode ser provido com um flange para conectar-se ao segundo conector, que pode ter um flange correspondente.The first support can be provided with a flange to connect it to the first connector, which can have a corresponding flange. The second support can be provided with a flange to connect to the second connector, which can have a corresponding flange.
As primeira e segunda partes de conector podem pertencer a um conector de engate rápido de um tipo conhecido. Estes conectores envolvem uma porção tubular acoplando-se dentro de outra porção tubular e um mecanismo de travamento e um sistema de vedação que é automaticamente engatado e energizado à medida que as duas metades conjugadas são unidas por uma força axial. O mecanismo de travamento pode ser liberado e o selo desenergizado aplicando pressão hidráulica abastecida por uma linha hidráulica, contanto que não exista qualquer pressão interna nem força tensora aplicada. Quando se deseja separar as partes de conector, a pressão aplicada e as duas partes de conector podem ser separadas para se distanciarem axialmente.The first and second connector parts may belong to a quick connector of a known type. These connectors involve a tubular portion coupling within another tubular portion and a locking mechanism and sealing system that is automatically engaged and energized as the two conjugated halves are joined by an axial force. The locking mechanism can be released and the seal de-energized by applying hydraulic pressure supplied by a hydraulic line, as long as there is no internal pressure or applied tensile force. When it is desired to separate the connector parts, the applied pressure and the two connector parts can be separated to distance axially.
Parte do mecanismo de alinhamento do conjunto de conector será fixa em relação ao tubo ascendente e a outra parte será fixa em relação à embarcação, as duas partes sendo móveis uma com respeito a outra. O mecanismo de alinhamento pode ter pelo menos uma braçadeira para afixar-se ao tubo ascendente. A fim de prover um arranjo estável, pode ser provida uma pluralidade (por exemplo, dias) de braçadeiras espaçadas verticalmente.Part of the connector assembly alignment mechanism will be fixed in relation to the riser and the other part will be fixed in relation to the vessel, the two parts being movable with respect to each other. The alignment mechanism can have at least one clamp for attaching to the riser. In order to provide a stable arrangement, a plurality (e.g., days) of vertically spaced clamps may be provided.
Onde é provido um invólucro protetor para um dispositivo de guiamento, e onde uma ou mais braçadeiras são providas para prender o mecanismo de alinhamento ao tubo ascendente, então a braçadeira ou cada um dela pode atuar como um suporte(s) para o invólucro protetor.Where a protective housing is provided for a guiding device, and where one or more clamps are provided to secure the alignment mechanism to the riser, then the clamp or each of it may act as a support (s) for the protective housing.
Uma modalidade preferida da invenção pode ser descrita agora por meio de exemplo e fazendo-se referência aos desenhos anexos, em que:A preferred embodiment of the invention can now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:
A fig. 1 é uma vista em perspectiva de um conjunto de conector de acordo com a invenção.Fig. 1 is a perspective view of a connector assembly according to the invention.
A fig. 2 é uma ampliação do detalhe “II” da fig. 1.Fig. 2 is an enlargement of detail “II” in fig. 1.
A fig. 3 é uma ampliação do detalhe “III” da fig. 1.Fig. 3 is an enlargement of detail “III” in fig. 1.
A fig. 4 é uma ampliação do detalhe “IV” da fig. 1.Fig. 4 is an enlargement of the detail “IV” in fig. 1.
O conjunto de conector consiste de uma primeira ou inferior parte de conector 4 e uma segunda ou superior parte de conector 3. As duas partes de conector são suportadas por um mecanismo de alinhamento 30 que é disposto para manter as partes de conector em alinhamento axial enquanto elas se movem uma para e contra a outra. Como será descrito abaixo, durante este movimento vertical relativo das partes de conector inferior e superior, a parte de conector inferior 4 fica em uma posição estacionária em relação a um tubo ascendente, enquanto que a parte de conector superior 3 fica em uma posição estacionária em relação a uma embarcação.The connector assembly consists of a first or lower connector part 4 and a second or upper connector part 3. The two connector parts are supported by an alignment mechanism 30 which is arranged to keep the connector parts in axial alignment while they move to and against each other. As will be described below, during this relative vertical movement of the lower and upper connector parts, the lower connector part 4 is in a stationary position in relation to a riser, while the upper connector part 3 is in a stationary position at relation to a vessel.
Referindo-se as figures 1 e 3, uma seção mais superior 20 de um tubo ascendente de intervenção tem um flange inferior 21 afixado à seção inferior próxima do tubo ascendente de intervenção (não mostrada) com outras seções sendo providas abaixo para compensar a distância abaixo até a cabeça de poço no fundo do mar. A extremidade inferior do conjunto de tubo ascendente completo é afixada então ao topo do poço. Na extremidade superior da seção de tubo ascendente superior de intervenção 20 é provido um flange 14 (ver fig. 3).Referring to figures 1 and 3, a more upper section 20 of an intervention riser has a lower flange 21 attached to the lower section next to the intervention riser (not shown) with other sections being provided below to compensate for the distance below to the wellhead at the bottom of the sea. The bottom end of the complete riser assembly is then affixed to the top of the well. A flange 14 is provided at the upper end of the upper riser section 20 (see fig. 3).
O mecanismo de alinhamento 30 é preso à seção de tubo ascendente superior 20 por meio de uma braçadeira superior 16 e uma braçadeira inferior 17. Cada braçadeira suporta três invólucros de proteção estendendo-se verticalmente 15, dispostas em espaçamentos circunferenciais equivalentes em tomo da seção de tubo ascendente 20. Extemamente aos três invólucros uma capa de proteção 18 protege os invólucros 15 (e um umbilical, se necessário) contra contato com outro equipamento. A capa protetora 18 é mostrada somente parcialmente na fig. 1.The alignment mechanism 30 is attached to the upper riser section 20 by means of an upper clamp 16 and a lower clamp 17. Each clamp supports three vertically extending protective sheaths 15, arranged in equivalent circumferential spacings around the cross section. riser 20. At the end of the three cases, a protective cap 18 protects cases 15 (and an umbilical, if necessary) against contact with other equipment. The protective cap 18 is shown only partially in fig. 1.
O mecanismo de alinhamento 30 tem ainda três membros de guia verticais 5, cada um deslizantemente recebido em um invólucro respectivo 15. No topo dos membros de guia 5 é provido um suporte superiorThe alignment mechanism 30 also has three vertical guide members 5, each slidingly received in a respective housing 15. On top of the guide members 5 an upper support is provided
2. O suporte superior - tem um flange superior 1 para conectar-se à extremidade inferior de equipamentos de intervenção, tais como um conjunto de preventores de explosão ou similar, ou diretamente, ou por meio de junta de extensão. Tipicamente, os equipamentos de intervenção são suportados por uma armação. Nem os equipamentos de intervenção nem a armação são mostrados nos desenhos. O suporte superior 2 é provido de um flange inferior 12 que é conectado a um flange superior 10 da parte de conector superior 3. Quando as partes de conector superior e inferior 3, 4 precisam mover-se uma em relação a outra, então o suporte superior 2 é fixado em relação à embarcação em virtude de sua conexão aos equipamentos de intervenção por meio do flange superior 1.2. The upper support - has an upper flange 1 to connect to the lower end of intervention equipment, such as a set of explosion prevention devices or the like, either directly or through an extension joint. Typically, intervention equipment is supported by a frame. Neither the intervention equipment nor the frame is shown in the drawings. The upper support 2 is provided with a lower flange 12 which is connected to an upper flange 10 of the upper connector part 3. When the upper and lower connector parts 3, 4 need to move in relation to each other, then the support upper 2 is fixed in relation to the vessel due to its connection to the intervention equipment by means of the upper flange 1.
Um suporte inferior 6 é formado com três aberturas verticais 23 através das quais os três membros de guia 5 estendem-se de uma maneira relativamente deslizável. O suporte inferior 6 tem um flange inferior 7 preso ao flange superior 14 da seção de tubo ascendente 20, e um flange superior 13 preso a um flange inferior 11 da parte de conector inferior 4. Desse modo, o suporte inferior 6 é fixado em relação ao tubo ascendente, enquanto que o suporte superior 2 é móvel em relação ao suporte inferior em virtude dos membros de guia 4 deslizarem-se dentro das aberturas 23.A lower support 6 is formed with three vertical openings 23 through which the three guide members 5 extend in a relatively slidable manner. The lower support 6 has a lower flange 7 attached to the upper flange 14 of the riser section 20, and an upper flange 13 attached to a lower flange 11 of the lower connector part 4. In this way, the lower support 6 is fixed in relation to to the riser, while the upper support 2 is movable in relation to the lower support due to the guide members 4 sliding into the openings 23.
Quando em operação no poço, as partes de conector 3 e 4 (que nesta modalidade caracteriza-se por um conector de engate rápido) são fixadas juntas e o tubo ascendente completo incluindo o conector é pressurizado, daí a coluna completa move-se verticalmente em relação à embarcação à medida que ela arfa. Nesta situação, as duas partes do conector de engate rápido 3 e 4 são engatados entre si, fazendo uma conexão estanque por pressão. Quando não há operação em andamento no poço, válvulas ainda embaixo no tubo ascendente e poço são fechadas, e a pressão na parte superior da coluna do tubo ascendente pode ser liberada e purgada por um gás inerte antes de ser sangrada. Uma vez sangrada, o mecanismo de travamento por engate rápido é operado remotamente por meio de hidráulicas, e as parte de conector de engate rápido 3 e 4 podem ser separadas içando a armação de tensão/suspensão para cima por meio de um guincho ou macaco afixado à estrutura de embarcação.When operating in the well, the connector parts 3 and 4 (which in this mode is characterized by a quick connector) are fixed together and the complete riser including the connector is pressurized, hence the complete column moves vertically in relation to the vessel as it pants. In this situation, the two parts of the quick connector 3 and 4 are connected together, making a pressure tight connection. When there is no operation underway in the well, valves still below the riser and well are closed, and the pressure at the top of the riser column can be released and purged by an inert gas before being bled. Once bled, the quick-locking mechanism is operated remotely by means of hydraulics, and the quick-connector parts 3 and 4 can be separated by lifting the tension / suspension frame upwards using a attached winch or jack to the vessel structure.
Quando separada, a parte de conector superior 3 ainda ficará lateralmente centralizada acima da parte de conector inferior 4, por meio do suporte inferior deslizante 6, afixado à parte inferior 4, deslizando ao longo dos três membros de guia verticais 5 que ficam todos fixados ao suporte superior 2, que está afixado à parte de conector superior 3. As partes de conector superior e inferior são separadas por uma folga axial de maneira não vedada. Todas as três guias são protegidas pelos invólucros de proteção separados 15, afixados à seção de tubo ascendente superior de intervenção por meio da braçadeira de guia superior 16 e a braçadeira de guia inferior 17.When separated, the upper connector part 3 will still be laterally centered above the lower connector part 4, by means of the lower sliding support 6, attached to the lower part 4, sliding along the three vertical guide members 5 that are all fixed to the upper support 2, which is attached to the upper connector part 3. The upper and lower connector parts are separated by an axial gap in an unsealed manner. All three guides are protected by separate protective enclosures 15, attached to the upper intervention tube section by means of the upper guide clamp 16 and the lower guide clamp 17.
A medida que o tubo ascendente se move verticalmente em 10 relação à estrutura da embarcação, a parte de conector superior 3 e a armação de suspensão/tensionamento juntamente com os equipamentos de intervenção, não ficam mais afixados a, e não se movem juntos com, o tubo ascendente. Eles podem agora ficar estacionados em uma posição fixa sem quaisquer movimentos relativos em relação à estrutura da embarcação. Esta posição estacionada fixa sem quaisquer movimentos relativos permite que seja realizado trabalho de preparação e manutenção de uma maneira segura. Isto, por sua vez, irá aumentar a janela operacional da embarcação de intervenção já que as exigências de condições de ondas e ventos calmos são reduzidas. A medida que a embarcação arfa, o tamanho da folga axial entre as partes de conector superior e inferior se altera.As the riser moves vertically 10 in relation to the vessel structure, the upper connector part 3 and the suspension / tensioning frame together with the intervention equipment, are no longer attached to, and do not move together with, the riser. They can now be parked in a fixed position without any relative movements in relation to the vessel's structure. This fixed parked position without any relative movements allows preparation and maintenance work to be carried out in a safe manner. This, in turn, will increase the operational window of the intervention vessel as the demands on wave conditions and calm winds are reduced. As the vessel pants, the size of the axial clearance between the upper and lower connector parts changes.
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