CN107286923A - 一种油气田压裂液、油气田固井剂以及油气田压裂暂堵剂 - Google Patents

一种油气田压裂液、油气田固井剂以及油气田压裂暂堵剂 Download PDF

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Abstract

油气田压裂液、油气田固井剂及油气田压裂暂堵剂，均含有PVA纤维，所述PVA纤维由聚合度1000～3000、醇解度80～99.5（mol）%的聚乙烯醇经纺丝制备而得，所述PVA纤维的醛化度η为25～35%，其Rp为120～180℃。所述PVA纤维常温下单纤线密度1.0～1.8dtex，断裂伸长率10～25%，纤维长细比为200～600，纤维的真实密度0.8～1.4g/cm3。油气田增产幅度可达30～50%；固井剂强度、韧性明显提高，还可起到防漏的作用；油气田压裂暂堵剂在压裂过的油气井使用，目的是堵住老裂缝，裂开新裂缝，本发明压裂暂堵剂压力升高6MPA以上，油气井增产2倍以上。

Description

一种油气田压裂液、油气田固井剂以及油气田压裂暂堵剂
技术领域
本发明涉及一种PVA纤维，以及其用于制备油气田压裂液、油气田固井剂和油气田压裂暂堵剂中的应用。
背景技术
我国低渗透油气资源量巨大，占已探明总储量的70％以上，是我国未来增储上产的主要潜力工区。这类油气资源具有三低的特点，即探明率低，自然投产率低，采收率低。实际应用表明，在这类油气田开采中，急需功能良好的固井剂、压裂暂堵剂，以及能够起到较好携砂作用的油气田压裂液，同时，还要尽量减少低环境的伤害。PVA(聚乙烯醇)纤维分散性好，强度高，具有的强羟基结构赋予其很好的水亲和性，且PVA纤维还是可降解的纤维，将其与油气田应用有效结合，不仅能解决现有油气田领域的技术难题，还将会大大改进环境破环问题。
近年来，国内外研究者围绕油气田领域压裂、固井、暂堵技术开展了大量研究。CN200610063700.0，一种复合压裂液，其复配成胶剂为压裂液质量的0.4-1.0wt％，金属交联剂为压裂液质量的0.05-0.7wt％，氧化破胶剂为压裂液质量的0.05-0.5wt％，其余为水。CN201410088243.5，一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液及其制备方法，采用组分为：FAG-500型改性纤维素0.2-0.6重量份、FAZ-1型增粘引发剂0.1-0.5中两份、DL-16型助排剂0.3-0.7重量份，FAJ-305型交联调节剂0.5-1.2重量份、FAC-201型极性螯合有机锆交联剂0.2-0.7份、NBA-102型胶囊破胶剂0.002-0.07份，水100重量份。CN201510078854.6，一种提高压裂液携砂能力的方法及其含纤维压裂液，其压裂液中纤维的添加量为0.3-0.8重量份，纤维的抗拉强度为20-300MPa，真实密度为0.98-1.33g/cm3，长度为3-15mm，直径为25-150μm，所述纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维和聚酯纤维中的一种或多种。CN201310698113.9，一种纤维复合暂堵剂，其主要配方为携带液55-75份，暂堵剂颗粒20-30份，暂堵纤维0.5-2份组成，暂堵纤维为聚乙烯醇纤维、改性聚酯纤维、聚氨酯纤维中的一种或多种。齐宏科等，纤维韧性水泥浆技术在中原油气田的运用(钻采工艺)，提到将纤维材料加入水泥中，可以起到增韧防漏的作用。
然而，上述研究油气田用环保且可降解性材料的研究还远远不够，更不能解决常规PVA纤维用于油气田领域存在不耐高温又不耐碱环境的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种可耐高温和耐碱的油气田压裂液。
本发明的目的之二在于提供一种可耐高温和耐碱的油气田固井剂。
本发明的目的之三在于提供一种可耐高温和耐碱的油气田压裂暂堵剂。
本发明目的通过如下技术方案实现的：
一种油气田压裂液，其特征在于：所述油气田压裂液中含有PVA纤维，所述PVA纤维由聚合度1000～3000、醇解度80～99.5(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，所述PVA纤维的醛化度η为25～35％，其Rp为120～180℃。
优选地，上述PVA纤维常温下单纤线密度1.0～1.8dtex，断裂伸长率10～25％，纤维长细比为200～600，纤维的真实密度0.8～1.4g/cm3。
所述油气田压裂液优选水基型油气田压裂液，所述水基型油气田压裂液中的PVA纤维浓度为0.2～3.0wt％。
本发明所述油气田压裂液的剩余成分为通常使用的油气田压裂液，为瓜胶压裂液、聚合物压裂液、清洁压裂液或滑溜水压裂液。
当本发明所述油气田压裂液是瓜胶压裂液时，压裂液中含有0.2～1.2wt％的所述PVA纤维，还含有0.1～1.2wt％羟丙基瓜尔胶，压裂液在常温下的粘度为90～180mPa·s。
上述油气田压裂液除了包括所述PVA纤维和羟丙基胍胶外，通常必须包括交联剂，并在压裂施工后期添加破胶剂；羟丙基胍胶用以提高压裂液的粘度，降低压裂液的虑失，悬浮和携带支撑剂。
优选地，交联剂为硼酸、硼砂、有机硼、有机锆、硫酸铝、硝酸铝、四氯化钛、硫酸钛、硫酸锌、有机钛中的一种或几种组合；
进一步，破胶剂为过硫酸钾、过硫酸铵、重铬酸钾、高锰酸钾、酶或者酸的胶囊、生物酶或有机酸中的一种或几种组合。
根据本发明的一个实施方案，上述胍胶压裂液中还可以添加粘土稳定剂、助排剂、杀菌剂、起泡剂、消泡剂、破乳剂等助剂。粘土稳定剂能防止油气层中粘土矿物水化膨胀和分散运移，可以是氯化钾、阴离子表面活性剂。杀菌剂的加入既可保持胶液表面的稳定性又能防止地层内细菌的生长，如氯气、季铵盐。助排剂是为了降低压裂液的表面张力或油水界面张力，增大与岩石的接触角，降低压裂液返排时遇到的毛管阻力，如十二烷基硫酸钠。起泡剂的作用是，给地层提供一定的动力，将助排液体从地层中返排出来，如阳离子表面活性剂。
根据本发明的一个实施方案，上述PVA纤维添加到油气田压裂液中的方式，可以是只在压裂准备期加入，也可以同时在压裂前期、压裂中期及压裂尾期分步将PVA纤维添加到压裂液中。
当本发明所述油气田压裂液是聚合物压裂液时，压裂液中含有0.5～1.5wt％的所述PVA纤维，还含有0.2～0.6wt％的非离子合成聚合物。
当本发明所述油气田压裂液是清洁压裂液时，压裂液中含有0.5～2.5wt％的所述PVA纤维，还含有0.1～0.5wt％的阳离子表面活性剂。
当本发明所述油气田压裂液是滑溜水压裂液时，压裂液中含有0.2～2.8wt％的所述PVA纤维，还含有0.05～0.5wt％的聚丙烯酰胺减阻剂。
一种油气田固井剂，其特征在于，所述油气田固井剂中含有PVA纤维，所述PVA纤维由聚合度1000～3000，醇解度80～99.5(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为25～35％，其Rp＝120～180℃；所述PVA纤维在120～180℃水中的抗拉强度为8～15cN/dtex；所述PVA纤维在PH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率小于0.5％；所述PVA纤维常温下单纤线密度1.0～1.8dtex，断裂伸长率10～25％，纤维长细比为200～600，纤维的真实密度0.8～1.4g/cm3。
具体的说，上述油气田固井剂是将所述PVA纤维分散到水泥中制备而成的，所述水泥配制的水灰比为0.4～0.5，所述PVA纤维在所述油气田固井剂中的浓度为0.1～1.5wt％。
一种油气田压裂暂堵剂，其特征在于，所述油气田压裂暂堵剂中含有PVA纤维，所述PVA纤维由聚合度1000～3000，醇解度80～99.5(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为25～35％，其Rp＝120～180℃；所述PVA纤维在120～180℃水中的抗拉强度为8～15cN/dtex；所述PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率小于0.5％；所述PVA纤维常温下单纤线密度1.0～1.8dtex，断裂伸长率10～25％，纤维长细比为200～600，纤维的真实密度0.8～1.4g/cm3。
具体地，上述油气田压裂暂堵剂，其特征在于，所述油气田压裂暂堵剂中含有所述PVA纤维，所述PVA纤维加入在所述油气田压裂暂堵剂中的浓度为0.5～3.0wt％。
所述油气田暂堵剂为任何常规的暂堵剂，通常情况下，暂堵剂中还必须包含稠化剂、交联剂和酸；稠化剂通常为胍胶，如羟丙级胍胶，使用了本发明PVA纤维的暂堵剂，可以大大较少胍胶的用量。
优选的，交联剂为硼酸、硼砂、有机硼、有机锆、硫酸铝、硝酸铝、四氯化钛、硫酸钛、硫酸锌、有机钛中的一种或几种组合；
进一步，酸为柠檬酸、硫酸、盐酸、醋酸中的一种或几种组合；暂堵剂中还可以添加PH调节剂等其它助剂。
优选的，所述油气田压裂暂堵剂中还含有0.3～1.5wt％的羟丙级瓜尔胶，0.5～1.2wt％的有机硼交联剂，8～25wt％的柠檬酸。
将本发明纤维用于油气田暂堵剂后，更有利于堵住老裂缝，裂开新裂缝，在原来暂堵剂的基础上明显提高地层压力(一般至少提高6MPa)，使油气井增产2倍以上。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明PVA纤维在120～180℃的水中保持挺括，不分解，保证纤维在高温下具备足够的力学性能；上述PVA纤维在120～180℃水中的抗拉强度为8～15cN/dtex；上述PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率小于0.5％。
2、本发明油气田压裂液、固井液、压裂暂堵剂耐碱性好。
3、本发明油气田压裂液有三大优点，一是在工作中有很好的携砂功能，利于压裂液返排，具体原理为：将PVA纤维随着携砂液一起注入，在井筒附近的裂缝中形成复合性支撑剂，支撑剂是基体，纤维是增强相。压裂施工结束时，裂缝中的支撑剂因承受侧向压力，颗粒间以接触的形式相互作用而达到力学平衡。压裂液开始返排后，由于流体流动的冲刷，这种平衡受到破坏，支撑剂颗粒就发生塑性剪切形变，形成一系列的拱形结构，进而提高沙拱的稳定性，提高压裂液返排速度，并能很好地控制支撑剂返排；二是本发明制备的压裂液可以降低及难以完全溶解又难以从井底排出的瓜胶等其它成分的使用量，从而减轻对环境的伤害；三是PVA纤维属于可降解材料，残留在环境中的成分最终会分解成无毒的碳氢化合物，不会对环境造成破坏。比同等情况下不加PVA纤维的压裂液相比，本发明压裂液返排率提高了5～10％；本发明压裂液携砂效果好，返排时间大大缩短，一般情况下要两三天才排完，用了之后2小时以内就能返排完。返排含沙量大幅减低，达10～30％；油气田增产幅度可达30～50％。
4、本发明制备的油气田固井剂强度、韧性明显提高，还可起到防漏的作用。
5、本发明制备的油气田压裂暂堵剂主要有两大优势，一是由于PVA纤维具有良好的降虑失作用，在欲暂堵的部位形成一层遮蔽层，使压裂液顺利转向；二是PVA纤维具有很好的降解性，残留在地底的成分不会对环境造成污染。在压裂过的油气井使用，目的是堵住老裂缝，裂开新裂缝，本发明压裂暂堵剂压力升高6MPA以上，油气井增产2倍以上。
说明书附图：
图1：本发明涉及到的PVA纤维的醛化度测试装置图，图中，1-250ml三颈瓶，2-锥形瓶，3-电炉，4-电炉，5-1L褐色容量瓶，6-冷凝管，7-球形管，8-螺丝夹子，9-弹簧夹子，10-玻璃塞。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。在以下的实施例中，纤维抗拉强度、断裂伸长率、线密度、纤维的真实密度、压裂液的粘度、纤维的Rp值、纤维的醛化度η、纤维在碱液中的损失率的数值采用下述方法测定。
纤维抗拉强度、线密度、断裂伸长率、纤维的真实密度的测定，参照GB/T14462-1993执行。
压裂液粘度的测定参照SY/T5 107-2005执行。
纤维Rp值的测定：采用可承受120～180℃温度的标尺测试，当纤维收缩率达到10％时的温度读数。
纤维醛化度η的测定：
测定原理：蒸馏过程中一定量纤维在硫酸中溶胀，将纤维中醛游离出来，然后与接受瓶中过量亚硫酸氢钠生成一种难溶于水的结晶物。用碘标准溶液滴定中和过量的亚硫酸氢钠，中和后加碳酸钠使与醛结合的亚硫酸氢钠离解出来。最后，用0.020mol/L碘标准溶液滴定游离出来的亚硫酸氢钠，即可从所用碘标准溶液的体积来求得醛的含量，计算标定出来的醛含量时将其全部视为甲醛进行计算。其蒸馏装置如附图1所示。
醛化度η的计算公式如下：
碘标准溶液的物质的量浓度，mol/L；
消耗的碘标准溶液的体积，mL；
m0：纤维除油后的绝干质量，g。
纤维在碱性溶液中的质量损失率测量：用NaOH配制PH＝10的碱性溶液，将本发明制得的纤维完全浸没于碱性溶液中，浸泡12小时后将纤维捞出再在100℃烘箱中干燥3小时，通过测量浸泡前后纤维的质量差，计算纤维的损失率。
实施例1：将瓜尔胶、PVA纤维及其它组分混合，制备成室温下粘度为100mPa·s的油气田压裂液，以制得的油气田压裂液为基准，瓜尔胶浓度占0.2wt％，PVA纤维浓度占1.2wt％。PVA纤维由聚合度2800，醇解度99.5(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为28％，其Rp＝170℃，单纤线密度1.3dtex，断裂伸长率18％，纤维长细比为300，纤维的真实密度0.98g/cm3，在120水中的抗拉强度为8cN/dtex，该PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.3％。
实施例2：将瓜尔胶、PVA纤维及其它组分混合，制备成室温下粘度为150mPa·s的油气田压裂液，以制得的油气田压裂液为基准，瓜尔胶浓度占0.6wt％，PVA纤维浓度占0.8wt％。PVA纤维由聚合度1900，醇解度99.5(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为30％，其Rp＝175℃，单纤线密度1.35dtex，断裂伸长率22％，纤维长细比为450，纤维的真实密度1.25g/cm3，在150℃水中的抗拉强度为12cN/dtex，该PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.3％。
实施例3：将瓜尔胶、PVA纤维及其它组分混合，制备成室温下粘度为120mPa·s的油气田压裂液，以制得的油气田压裂液为基准，瓜尔胶浓度占0.8wt％，PVA纤维浓度占1.2wt％。PVA纤维由聚合度1700，醇解度98(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为32％，其Rp＝160℃，单纤线密度1.65dtex，断裂伸长率18％，纤维长细比为500，纤维的真实密度1.29g/cm3，在160℃水中的抗拉强度为9cN/dtex，该PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.3％。
上述油气田压裂液除了包括所述PVA纤维和羟丙基胍胶外，通常必须包括交联剂，并在压裂施工后期添加破胶剂；羟丙基胍胶用以提高压裂液的粘度，降低压裂液的虑失，悬浮和携带支撑剂。交联剂为硼酸、硼砂、有机硼、有机锆、硫酸铝、硝酸铝、四氯化钛、硫酸钛、硫酸锌、有机钛中的一种或几种组合；破胶剂为过硫酸钾、过硫酸铵、重铬酸钾、高锰酸钾、酶或者酸的胶囊、生物酶或有机酸中的一种或几种组合。
根据本发明的一个实施方案，上述胍胶压裂液中还可以添加粘土稳定剂、助排剂、杀菌剂、起泡剂、消泡剂、破乳剂等助剂。粘土稳定剂能防止油气层中粘土矿物水化膨胀和分散运移，可以是氯化钾、阴离子表面活性剂。杀菌剂的加入既可保持胶液表面的稳定性又能防止地层内细菌的生长，如氯气、季铵盐。助排剂是为了降低压裂液的表面张力或油水界面张力，增大与岩石的接触角，降低压裂液返排时遇到的毛管阻力，如十二烷基硫酸钠。起泡剂的作用是，给地层提供一定的动力，将助排液体从地层中返排出来，如阳离子表面活性剂。
根据本发明的一个实施方案，上述PVA纤维添加到油气田压裂液中的方式，可以是只在压裂准备期加入，也可以同时在压裂前期、压裂中期及压裂尾期分步将PVA纤维添加到压裂液中。
实施例4：将非离子合成聚合物、PVA纤维及其它组分混合，制备成油气田压裂液，以制得的油气田压裂液为基准，非离子合成聚合物浓度占0.3wt％，PVA纤维浓度占0.8wt％。PVA纤维由聚合度2000，醇解度95(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为30％，其Rp＝180℃，单纤线密度1.45dtex，断裂伸长率18％，纤维长细比为400，纤维的真实密度1.31g/cm3，在150℃水中的抗拉强度为10cN/dtex，该PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.4％。
实施例5：将阳离子表面活性剂、PVA纤维及其它组分混合，制备成油气田压裂液，以制得的油气田压裂液为基准，阳离子表面活性剂浓度占0.4wt％，PVA纤维浓度占2.0wt％。PVA纤维由聚合度1700，醇解度97(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为34％，其Rp＝160℃，单纤线密度1.35dtex，断裂伸长率15％，纤维长细比为500，纤维的真实密度1.28g/cm3，在130℃水中的抗拉强度为7.5cN/dtex，该PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.3％。
实施例6：将聚丙烯酰胺减阻剂、PVA纤维及其它组分混合，制备成油气田压裂液，以制得的油气田压裂液为基准，聚丙烯酰胺减阻剂浓度占0.2wt％，PVA纤维浓度占1.5wt％。PVA纤维由聚合度1600，醇解度92(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为26％，其Rp＝150℃，单纤线密度1.55dtex，断裂伸长率18％，纤维长细比为600，纤维的真实密度1.27g/cm3，在130℃水中的抗拉强度为6.8cN/dtex，该PVA纤维在pH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.3％。
实施例7：将水和石灰以45∶55的比例混合，再将PVA纤维分散其中，在加入PVA纤维之前或之后添加其它组分，制备成油气田固井剂，以制得的油气田固井剂为基准，PVA纤维浓度占1.0wt％。PVA纤维由聚合度1800，醇解度88(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为29％，其Rp＝140℃，单纤线密度1.25dtex，断裂伸长率16％，纤维长细比为350，纤维的真实密度1.305g/cm3，在120℃水中的抗拉强度为8.5cN/dtex，该PVA纤维在PH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.3％。
实施例8：将羟丙基瓜尔胶、有机硼交联剂、PVA纤维及其它组分混合，制备成油气田压裂暂堵剂，以制得的油气田压裂暂堵剂为基准，羟丙基瓜尔胶浓度占0.5wt％，有机硼交联剂浓度占1.0wt％，PVA纤维浓度占2.0wt％。PVA纤维由聚合度1800，醇解度98(mol)％的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为32％，其Rp＝160℃，单纤线密度1.28dtex，断裂伸长率22％，纤维长细比为400，纤维的真实密度1.275g/cm3，在160℃水中的抗拉强度为13cN/dtex，该PVA纤维在PH＝10的碱性溶液中保持12小时，其纤维的质量损失率为0.3％。
上述油气田暂堵剂可为任何常规的暂堵剂，通常情况下，暂堵剂中还必须包含稠化剂、交联剂和酸；稠化剂通常为胍胶，如羟丙级胍胶，使用了本发明PVA纤维的暂堵剂，可以大大较少胍胶的用量。交联剂为硼酸、硼砂、有机硼、有机锆、硫酸铝、硝酸铝、四氯化钛、硫酸钛、硫酸锌、有机钛中的一种或几种组合；酸为柠檬酸、硫酸、盐酸、醋酸中的一种或几种组合；暂堵剂中还可以添加PH调节剂等其它助剂。
具体地，上述油气田压裂暂堵剂中还可含有0.3～1.5wt％的羟丙级瓜尔胶，0.5～1.2wt％的有机硼交联剂，8～25wt％的柠檬酸。

Claims (9)

1.一种油气田压裂液，其特征在于：所述油气田压裂液中含有PVA纤维，所述PVA纤维由聚合度1000～3000、醇解度80～99.5（mol）%的聚乙烯醇经纺丝制备而得，所述PVA纤维的醛化度η为25～35%， 其Rp为120～180℃。
2. 如权利要求1所述油气田压裂液，其特征在于：所述PVA纤维常温下单纤线密度1.0～1.8dtex，断裂伸长率10～15%，纤维长细比为200～600，纤维的真实密度0.8～1.4g/cm3。
3.如权利要求1或2所述油气田压裂液，其特征在于：所述油气田压裂液为水基型油气田压裂液，所述水基型油气田压裂液中的PVA纤维浓度为0.2～3.0 wt%。
4.一种油气田固井剂，其特征在于：所述油气田固井剂中含有PVA纤维，所述PVA纤维由聚合度1000～3000，醇解度80～99.5（mol）%的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为25～35%， 其Rp=120～180℃。
5.如权利要求4所述油气田固井剂，其特征在于：所述PVA纤维常温下单纤线密度1.0～1.8dtex，断裂伸长率10～25%，纤维长细比为200～600，纤维的真实密度0.8～1.4g/cm3。
6.如权利要求4或5所述油气田固井剂，其特征在于：所述油气田固井剂是将所述PVA纤维分散到水泥中制备而成的，所述水泥配制的水灰比为0.4～0.5，所述PVA纤维在所述油气田固井剂中的浓度为0.1～1.5 wt%。
7.一种油气田压裂暂堵剂，其特征在于：所述油气田压裂暂堵剂中含有PVA纤维，所述PVA纤维由聚合度1000～3000，醇解度80～99.5（mol）%的聚乙烯醇经纺丝制备而得，该PVA纤维的醛化度η为25～35%， 其Rp=120～180℃。
8.如权利要求7所述油气田压裂暂堵剂，其特征在于：所述PVA纤维常温下单纤线密度1.0～1.8dtex，断裂伸长率10～25%，纤维长细比为200～600，纤维的真实密度0.8～1.4g/cm3。
9.如权利要求7或8所述油气田压裂暂堵剂，其特征在于：所述PVA纤维加入在所述油气田压裂暂堵剂中的浓度为0.5～3.0 wt%。
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