CN104533390B - 一种连续油管井下载荷测试工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒和固定套设在内筒外表面的外护筒，内筒的上端是上接头，内筒的下端螺纹连接有张力扭矩传感器，外护筒的下端与张力扭矩传感器之间设有密封圈；所述内筒和外护筒之间设有电源模块、存储器、温度传感器，内筒的内筒壁上设有压力传感器，张力扭矩传感器、温度传感器、压力传感器、存储器分别与电源模块连接，张力扭矩传感器、温度传感器、压力传感器分别与存储器连接。该工具一次下井能够测量连续油管张力、扭矩、温度、压力4个参数，能有效检测连续油管井下载荷，对管串力学性能进行存储记录，分析管柱受力变化，记录起下钻、压裂、钻磨、修井等作业的管串力学状态。

Description

一种连续油管井下载荷测试工具
技术领域
本发明属于油气田开发连续油管作业技术领域，具体涉及一种连续油管井下载荷测试工具。
背景技术
目前，连续油管的应用范围越来越广，包括压裂、修井、钻磨等多个领域，连续油管的使用，使施工效率大大提高。但是，连续油管井下作业时受力非常复杂，目前施工管串的力学设计多来源于理论计算，由于井下作业管串复杂，井眼轨迹不一，现场由于管串力学性能不足，常发生井下事故。连续油管作业的安全性和可靠性是操作者普遍关心的主要问题，在作业过程中连续油管的失稳弯曲、过高的外压引起的挤毁、过高的内压引起的破裂等会影响其安全性和可靠性。
因此，为防止在作业过程中可能发生的事故，需要开发一种工具，能有效检测连续油管井下载荷，对管串力学性能进行存储记录，分析管柱受力变化，记录起下钻、压裂、钻磨、修井等作业的管串力学状态，为压裂等施工设计提供参考，将会极大地提高井下管串力学行为认识水平，提高工具设计水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续油管井下载荷测试工具，解决现有的连续油管作业时管柱受力情况实时检测困难的问题。
为此，本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒和固定套设在内筒外表面的外护筒，内筒的上端是上接头，内筒的下端螺纹连接有张力扭矩传感器，外护筒的下端与张力扭矩传感器之间设有密封圈；
所述内筒和外护筒之间设有电源模块、存储器、温度传感器，内筒的内筒壁上设有压力传感器，张力扭矩传感器、温度传感器、压力传感器、存储器分别与电源模块连接，张力扭矩传感器、温度传感器、压力传感器分别与存储器连接。
所述电源模块位于设置在内筒和外护筒之间的电池仓内，存储器和温度传感器均位于电池仓下方的第一腔室内，压力传感器位于设在内筒的内筒壁上的第二腔室内。
所述电源模块由多节电池并联组成。
所述的第一腔室内设有用于固定温度传感器的温度传感器固定座，第二腔室内设有用于固定压力传感器的压力传感器压环。
所述第二腔室的下方设有第三腔室，第三腔室内设有与存储器连接的五芯插头。
所述的张力扭矩传感器包括本体，本体上设有缩径部，缩径部上贴有张力应变片组、扭矩应变片组，张力应变片组位于扭矩应变片组上部，所述的张力应变片组由四个沿缩径部的周向均匀分布在缩径部上的张力应变片组成，且四个张力应变片首尾相连组成一个惠斯通电桥；
所述的扭矩应变片组由四个沿缩径部的周向均匀分布在缩径部上的扭矩应变片组成，且四个扭矩应变片组成一个惠斯通电桥。
所述的张力扭矩传感器和外护筒之间设有防扭销键。
所述的外护筒和内筒之间通过防转螺钉连接。
所述的存储器采用闪存存储器。
本发明的有益效果：本发明提供的这种连续油管井下载荷测试工具，一次下井能够测量连续油管张力、扭矩、温度、压力4个参数，能有效检测连续油管井下载荷，对管串力学性能进行存储记录，分析管柱受力变化，记录起下钻、压裂、钻磨、修井等作业的管串力学状态，为压裂等施工设计提供参考，极大地提高了井下管串力学行为认识水平，同时也提高了工具设计水平。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是连续油管井下载荷测试工具的剖视图。
图2是连续油管井下载荷测试工具的工作框图。
图3是张力扭矩传感器的结构示意图。
附图标记说明：1、上接头；2、外护筒；3、温度传感器固定座；4、压力传感器压环；5、五芯插头；6、防扭销键；7、张力扭矩传感器；8、压力传感器；9、密封圈；10、内筒；11、存储器；12、温度传感器；13、电源模块；14、电池仓；15、第一腔室；16、第二腔室；17、第三腔室；18、张力应变片；19、扭矩应变片；20、本体；21、缩径部。
具体实施方式
以下将结合附图进一步对该连续油管井下载荷测试工具作详细的说明。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒10和固定套设在内筒10外表面的外护筒2，内筒10的上端是上接头1，内筒10的下端螺纹连接有张力扭矩传感器7，外护筒2的下端与张力扭矩传感器7之间设有密封圈9；所述内筒10和外护筒2之间设有电源模块13、存储器11、温度传感器12，内筒10的内筒壁上设有压力传感器8，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8、存储器11分别与电源模块13连接，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8分别与存储器11连接。
具体的，在连续油管压裂、钻磨、修井作业时，检查电源模块13的电量，并设置好采样间隔时间，将该连续油管井下载荷测试工具连接到需要测试的部位，即上接头1和张力扭矩传感器7分别与需测试的管段螺纹连接，温度传感器12、压力传感器8、张力扭矩传感器7分别测量连续油管在井下作业时的温度、压力、张力、扭矩等参数，并将检测到的数据传输给存储器11，由存储器11进行数据存储记录，测量完成后，起出管柱，取出该连续油管井下载荷测试工具，取出存储器11，读取存储器11内采集的数据，并分析连续油管井下载荷变化情况，为后续的管柱选型、优化提供依据，完成后，对该连续油管井下载荷测试工具进行清洁、维护保养。
需要特别说明的是，为了在内筒10和外护筒2之间有足够的空间放置电源模块13、温度传感器12、压力传感器8、存储器11，该连续油管井下载荷测试工具需要作适当的偏心。另外，上接头1选用2-3/8" PAC连续油管扣，可以与连续油管连接，外护筒2为TC11钛合金，有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点；温度传感器12使用高精度PT1000铂电阻测量，温度测量范围为 -40～150℃，测量误差为±1℃；；压力传感器8压力测量范围为0～100Mpa，精度为0.5%；张力测量范围为-60～60t，测量误差为<1%；扭矩测量范围为-2000～3000N.M，测量误差为<1%。且该连续油管井下载荷测试工具的整体长度不超过1000mm，外护筒2的外径为89mm,内径不小于44mm，工具本体承压105Mpa，最高耐温150℃。
本发明提供的这种连续油管井下载荷测试工具，一次下井能够测量连续油管张力、扭矩、温度、压力4个参数，能有效检测连续油管井下载荷，对管串力学性能进行存储记录，分析管柱受力变化，记录起下钻、压裂、钻磨、修井等作业的管串力学状态，为压裂等施工设计提供参考，极大地提高了井下管串力学行为认识水平，同时也提高了工具设计水平。
实施例2：
本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒10和固定套设在内筒10外表面的外护筒2，内筒10的上端是上接头1，内筒10的下端螺纹连接有张力扭矩传感器7，外护筒2的下端与张力扭矩传感器7之间设有密封圈9；所述内筒10和外护筒2之间设有电源模块13、存储器11、温度传感器12，内筒10的内筒壁上设有压力传感器8，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8、存储器11分别与电源模块13连接，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8分别与存储器11连接。
为了防止作业过程中电源模块13、存储器11、温度传感器12、压力传感器8受到损害，所述电源模块13位于设置在内筒10和外护筒2之间的电池仓14内，存储器11和温度传感器12均位于电池仓14下方的第一腔室15内，压力传感器8位于设在内筒10的内筒壁上的第二腔室16内。
具体的，在连续油管压裂、钻磨、修井作业时，检查电源模块13的电量，并设置好采样间隔时间，将该连续油管井下载荷测试工具连接到需要测试的部位，即上接头1和张力扭矩传感器7分别与需测试的管段螺纹连接，温度传感器12、压力传感器8、张力扭矩传感器7分别测量连续油管在井下作业时的温度、压力、张力、扭矩等参数，并将检测到的数据传输给存储器11，由存储器11进行数据存储记录，测量完成后，起出管柱，取出该连续油管井下载荷测试工具，取出存储器11，读取存储器11内采集的数据，并分析连续油管井下载荷变化情况，为后续的管柱选型、优化提供依据，完成后，对该连续油管井下载荷测试工具进行清洁、维护保养。
需要特别说明的是，为了在内筒10和外护筒2之间有足够的空间放置电源模块13、温度传感器12、压力传感器8、存储器11，该连续油管井下载荷测试工具需要作适当的偏心。另外，上接头1选用2-3/8" PAC连续油管扣，可以与连续油管连接，外护筒2为TC11钛合金，有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点；温度传感器12使用高精度PT1000铂电阻测量，温度测量范围为 -40～150℃，测量误差为±1℃；；压力传感器8压力测量范围为0～100Mpa，精度为0.5%；张力测量范围为-60～60t，测量误差为<1%；扭矩测量范围为-2000～3000N.M，测量误差为<1%。且该连续油管井下载荷测试工具的整体长度不超过1000mm，外护筒2的外径为89mm,内径不小于44mm，工具本体承压105Mpa，最高耐温150℃。
实施例3：
本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒10和固定套设在内筒10外表面的外护筒2，内筒10的上端是上接头1，内筒10的下端螺纹连接有张力扭矩传感器7，外护筒2的下端与张力扭矩传感器7之间设有密封圈9；所述内筒10和外护筒2之间设有电源模块13、存储器11、温度传感器12，内筒10的内筒壁上设有压力传感器8，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8、存储器11分别与电源模块13连接，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8分别与存储器11连接。所述电源模块13位于设置在内筒10和外护筒2之间的电池仓14内，存储器11和温度传感器12均位于电池仓14下方的第一腔室15内，压力传感器8位于设在内筒10的内筒壁上的第二腔室16内。
所述电源模块13由多节电池并联组成，该电池组为高温锂电池，电池外观尺寸Ф9.5mm×25.4mm，标称电压3.65V，工作温度-40℃～150℃，电量0.5Ah，采用6节电池进行并联，容量达到3Ah，满足仪器工作时间大于15天。
具体的，在连续油管压裂、钻磨、修井作业时，检查电池的电量，并设置好采样间隔时间，将该连续油管井下载荷测试工具连接到需要测试的部位，即上接头1和张力扭矩传感器7分别与需测试的管段螺纹连接，温度传感器12、压力传感器8、张力扭矩传感器7分别测量连续油管在井下作业时的温度、压力、张力、扭矩等参数，并将检测到的数据传输给存储器11，由存储器11进行数据存储记录，测量完成后，起出管柱，取出该连续油管井下载荷测试工具，取出存储器11，读取存储器11内采集的数据，并分析连续油管井下载荷变化情况，为后续的管柱选型、优化提供依据，完成后，对该连续油管井下载荷测试工具进行清洁、维护保养。
需要特别说明的是，为了在内筒10和外护筒2之间有足够的空间放置电源模块13、温度传感器12、压力传感器8、存储器11，该连续油管井下载荷测试工具需要作适当的偏心。另外，上接头1选用2-3/8" PAC连续油管扣，可以与连续油管连接，外护筒2为TC11钛合金，有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点；温度传感器12使用高精度PT1000铂电阻测量，温度测量范围为 -40～150℃，测量误差为±1℃；；压力传感器8压力测量范围为0～100Mpa，精度为0.5%；张力测量范围为-60～60t，测量误差为<1%；扭矩测量范围为-2000～3000N.M，测量误差为<1%。且该连续油管井下载荷测试工具的整体长度不超过1000mm，外护筒2的外径为89mm,内径不小于44mm，工具本体承压105Mpa，最高耐温150℃。
实施例4：
本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒10和固定套设在内筒10外表面的外护筒2，内筒10的上端是上接头1，内筒10的下端螺纹连接有张力扭矩传感器7，外护筒2的下端与张力扭矩传感器7之间设有密封圈9；所述内筒10和外护筒2之间设有电源模块13、存储器11、温度传感器12，内筒10的内筒壁上设有压力传感器8，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8、存储器11分别与电源模块13连接，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8分别与存储器11连接。所述电源模块13位于设置在内筒10和外护筒2之间的电池仓14内，存储器11和温度传感器12均位于电池仓14下方的第一腔室15内，压力传感器8位于设在内筒10的内筒壁上的第二腔室16内。
为了固定温度传感器12和压力传感器8，所述的第一腔室15内设有用于固定温度传感器12的温度传感器固定座3，第二腔室16内设有用于固定压力传感器8的压力传感器压环4。所述第二腔室16的下方设有第三腔室17，第三腔室17内设有与存储器11连接的五芯插头5。该五芯插头5用于起出该连续油管井下载荷测试工具后，与PC机相连，读取采集的连续油管在井下作业时温度、压力、张力、扭矩四个参数。
具体的，在连续油管压裂、钻磨、修井作业时，检查电池的电量，并设置好采样间隔时间，将该连续油管井下载荷测试工具连接到需要测试的部位，即上接头1和张力扭矩传感器7分别与需测试的管段螺纹连接，温度传感器12、压力传感器8、张力扭矩传感器7分别测量连续油管在井下作业时的温度、压力、张力、扭矩等参数，并将检测到的数据传输给存储器11，由存储器11进行数据存储记录，测量完成后，起出管柱，取出该连续油管井下载荷测试工具，将该连续油管井下载荷测试工具通过五芯插头5与PC机连接，读取存储器11内采集的数据，并分析连续油管井下载荷变化情况，为后续的管柱选型、优化提供依据，完成后，对该连续油管井下载荷测试工具进行清洁、维护保养。
需要特别说明的是，为了在内筒10和外护筒2之间有足够的空间放置电源模块13、温度传感器12、压力传感器8、存储器11，该连续油管井下载荷测试工具需要作适当的偏心。另外，上接头1选用2-3/8" PAC连续油管扣，可以与连续油管连接，外护筒2为TC11钛合金，有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点；温度传感器12使用高精度PT1000铂电阻测量，温度测量范围为 -40～150℃，测量误差为±1℃；；压力传感器8压力测量范围为0～100Mpa，精度为0.5%；张力测量范围为-60～60t，测量误差为<1%；扭矩测量范围为-2000～3000N.M，测量误差为<1%。且该连续油管井下载荷测试工具的整体长度不超过1000mm，外护筒2的外径为89mm,内径不小于44mm，工具本体承压105Mpa，最高耐温150℃。
实施例5：
本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒10和固定套设在内筒10外表面的外护筒2，内筒10的上端是上接头1，内筒10的下端螺纹连接有张力扭矩传感器7，外护筒2的下端与张力扭矩传感器7之间设有密封圈9；所述内筒10和外护筒2之间设有电源模块13、存储器11、温度传感器12，内筒10的内筒壁上设有压力传感器8，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8、存储器11分别与电源模块13连接，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8分别与存储器11连接。
如图3所示，所述的张力扭矩传感器7包括本体20，本体20上设有缩径部21，缩径部21上贴有张力应变片组、扭矩应变片组，张力应变片组位于扭矩应变片组上部，所述的张力应变片组由四个沿缩径部21的周向均匀分布在缩径部21上的张力应变片18组成，且四个张力应变片18首尾相连组成一个惠斯通电桥；所述的扭矩应变片组由四个沿缩径部21的周向均匀分布在缩径部21上的扭矩应变片19组成，且四个扭矩应变片19组成一个惠斯通电桥。
具体的，在连续油管压裂、钻磨、修井作业时，检查电源模块13的电量，并设置好采样间隔时间，将该连续油管井下载荷测试工具连接到需要测试的部位，即上接头1和张力扭矩传感器7分别与需测试的管段螺纹连接，温度传感器12、压力传感器8、张力扭矩传感器7分别测量连续油管在井下作业时的温度、压力、张力、扭矩等参数，并将检测到的数据传输给存储器11，由存储器11进行数据存储记录，测量完成后，起出管柱，取出该连续油管井下载荷测试工具，取出存储器11，读取存储器11内采集的数据，并分析连续油管井下载荷变化情况，为后续的管柱选型、优化提供依据，完成后，对该连续油管井下载荷测试工具进行清洁、维护保养。
需要特别说明的是，为了在内筒10和外护筒2之间有足够的空间放置电源模块13、温度传感器12、压力传感器8、存储器11，该连续油管井下载荷测试工具需要作适当的偏心。另外，上接头1选用2-3/8" PAC连续油管扣，可以与连续油管连接，外护筒2为TC11钛合金，有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点；温度传感器12使用高精度PT1000铂电阻测量，温度测量范围为 -40～150℃，测量误差为±1℃；；压力传感器8压力测量范围为0～100Mpa，精度为0.5%；张力测量范围为-60～60t，测量误差为<1%；扭矩测量范围为-2000～3000N.M，测量误差为<1%。且该连续油管井下载荷测试工具的整体长度不超过1000mm，外护筒2的外径为89mm,内径不小于44mm，工具本体承压105Mpa，最高耐温150℃。
实施例6：
本发明提供了一种连续油管井下载荷测试工具，包括内筒10和固定套设在内筒10外表面的外护筒2，内筒10的上端是上接头1，内筒10的下端螺纹连接有张力扭矩传感器7，外护筒2的下端与张力扭矩传感器7之间设有密封圈9；所述内筒10和外护筒2之间设有电源模块13、存储器11、温度传感器12，内筒10的内筒壁上设有压力传感器8，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8、存储器11分别与电源模块13连接，张力扭矩传感器7、温度传感器12、压力传感器8分别与存储器11连接。
为了防止张力扭矩传感器7和外护筒2之间发生转动，所述的张力扭矩传感器7和外护筒2之间设有防扭销键6，且该防扭销键6能够承受反转2KN·M的扭矩。所述的外护筒2和内筒10之间通过防转螺钉连接，可以防止施工过程中发生脱扣情况，使连续油管井下载荷测试工具得使用更加安全可靠，且外护筒2和内筒10之间通过套设在内筒10外表面的O型密封圈9密封。所述的存储器11采用闪存存储器11，优选两个大容量Flash存储器11，可满足在最高采用间隔1秒使用环境下，连续油管井下载荷测试工具可以存储15天采集数据。
具体的，在连续油管压裂、钻磨、修井作业时，检查电源模块13的电量，并设置好采样间隔时间，将该连续油管井下载荷测试工具连接到需要测试的部位，即上接头1和张力扭矩传感器7分别与需测试的管段螺纹连接，温度传感器12、压力传感器8、张力扭矩传感器7分别测量连续油管在井下作业时的温度、压力、张力、扭矩等参数，并将检测到的数据传输给存储器11，由存储器11进行数据存储记录，测量完成后，起出管柱，取出该连续油管井下载荷测试工具，取出存储器11，读取存储器11内采集的数据，并分析连续油管井下载荷变化情况，为后续的管柱选型、优化提供依据，完成后，对该连续油管井下载荷测试工具进行清洁、维护保养。
需要特别说明的是，为了在内筒10和外护筒2之间有足够的空间放置电源模块13、温度传感器12、压力传感器8、存储器11，该连续油管井下载荷测试工具需要作适当的偏心。另外，上接头1选用2-3/8" PAC连续油管扣，可以与连续油管连接，外护筒2为TC11钛合金，有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点；温度传感器12使用高精度PT1000铂电阻测量，温度测量范围为 -40～150℃，测量误差为±1℃；；压力传感器8压力测量范围为0～100Mpa，精度为0.5%；张力测量范围为-60～60t，测量误差为<1%；扭矩测量范围为-2000～3000N.M，测量误差为<1%。且该连续油管井下载荷测试工具的整体长度不超过1000mm，外护筒2的外径为89mm,内径不小于44mm，工具本体承压105Mpa，最高耐温150℃。
本发明提供的这种连续油管井下载荷测试工具，一次下井能够测量连续油管张力、扭矩、温度、压力4个参数，能有效检测连续油管井下载荷，对管串力学性能进行存储记录，分析管柱受力变化，记录起下钻、压裂、钻磨、修井等作业的管串力学状态，为压裂等施工设计提供参考，极大地提高了井下管串力学行为认识水平，同时也提高了工具设计水平。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (8)

1.一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：包括内筒（10）和固定套设在内筒（10）外表面的外护筒（2），内筒（10）的上端是上接头（1），内筒（10）的下端螺纹连接有张力扭矩传感器（7），外护筒（2）的下端与张力扭矩传感器（7）之间设有密封圈（9）；
所述内筒（10）和外护筒（2）之间设有电源模块（13）、存储器（11）、温度传感器（12），内筒（10）的内筒壁上设有压力传感器（8），张力扭矩传感器（7）、温度传感器（12）、压力传感器（8）、存储器（11）分别与电源模块（13）连接，张力扭矩传感器（7）、温度传感器（12）、压力传感器（8）分别与存储器（11）连接；
所述的张力扭矩传感器（7）包括本体（20），本体（20）上设有缩径部（21），缩径部（21）上贴有张力应变片组、扭矩应变片组，张力应变片组位于扭矩应变片组上部，所述的张力应变片组由四个沿缩径部（21）的周向均匀分布在缩径部上的张力应变片（18）组成，且四个张力应变片（18）首尾相连组成一个惠斯通电桥；
所述的扭矩应变片组由四个沿缩径部（21）的周向均匀分布在缩径部（21）上的扭矩应变片（19）组成，且四个扭矩应变片（19）组成一个惠斯通电桥。
2.如权利要求1所述的一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：所述电源模块（13）位于设置在内筒（10）和外护筒（2）之间的电池仓（14）内，存储器（11）和温度传感器（12）均位于电池仓（14）下方的第一腔室（15）内，压力传感器（8）位于设在内筒（10）的内筒壁上的第二腔室（16）内。
3.如权利要求2所述的一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：所述电源模块（13）由多节电池并联组成。
4.如权利要求2所述的一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：所述的第一腔室（15）内设有用于固定温度传感器（12）的温度传感器固定座（3），第二腔室（16）内设有用于固定压力传感器（8）的压力传感器压环（4）。
5.如权利要求2所述的一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：所述第二腔室（16）的下方设有第三腔室（17），第三腔室（17）内设有与存储器（11）连接的五芯插头（5）。
6.如权利要求1所述的一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：所述的张力扭矩传感器（7）和外护筒（2）之间设有防扭销键（6）。
7.如权利要求1所述的一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：所述的外护筒（2）和内筒（10）之间通过防转螺钉连接。
8.如权利要求1所述的一种连续油管井下载荷测试工具，其特征在于：所述的存储器（11）采用闪存存储器。
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