CN109577923A - 一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤层勘探技术领域，特别是一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，包括若干计量机构，所述计量机构包括相互并联的第一管体和第二管体，所述第一管体上设置有第一单向阀和第一流量计，所述第二管体上设置有第二单向阀，所述第一单向阀与所述第二单向阀相配合，使所述第一管体与所述第二管体允许气体流过的方向相反。采用本发明的有益效果为：实现了在进行开采试验时，对瓦斯的倒灌量进行有效地计量，在第一单向阀和第二单向阀的配合下，第一流量计仅仅只对倒灌的瓦斯进行了计量，计量较为准确。

Description

一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置
技术领域
本发明涉及煤层勘探技术领域，特别是一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置。
背景技术
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类煤层气，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。煤层气的开采和利用减少了资源浪费和环境污染。
近年来，随着科学技术的发展，人类对煤层气的开发取得了突破性的进展。在煤层气开采的过程中，经常容易遇到某些开采地区煤层多且单一煤层的厚度较薄的情况。针对该类开采情况，当单一煤层的开采满足不了生产要求时，则需要同时对多个煤层中的煤层气进行开采。在开采过程中工作人员发现，不同煤层中煤层气的储层压力并不相同，当同时对多个煤层进行煤层气开采时，储层压力较高煤层气会沿开采管道流入储层压力较低的煤层中，形成煤层气倒灌现象。发生这种倒灌现象不但造成了资源的浪费，而且极易引发安全事故。为了杜绝资源的浪费，减少安全事故的发生，在进行实际的煤层气开采前需要工作人员在实验室进行多次开采试验以便确定倒灌量最小的开采方案。
传统进行开采试验的方法是通过设置试件箱并将试件箱内沿轴线方向设置多个试验区用于盛装不同的煤样，同时在该试件箱的一侧侧壁上设置用于开采管插入的插入孔。在进行开采试验前，首先需要将开采管沿该插入孔插入到该试件箱内，使开采管能够贯穿于不同的煤样，然后将煤样装入试验区中，并使用黄泥等填料对不同的煤样之间进行填充，使煤样之间能够相互隔开；通过向试件箱内充入瓦斯，使试件箱内的煤样对瓦斯进行吸附，从而模拟煤层中的储层的煤层气；在进行开采试验时，使用开采管分别对不同试验区内的煤样上吸附的瓦斯进行开采，从而实现模拟多煤层条件下的煤层气开采。
然而，在进行开采试验时，现有的计量装置无法对开采试验时瓦斯的倒灌量进行有效地计量。为此，设计一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置是十分有必要的。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有技术中存在的现有的计量装置无法对煤层气开采试验时的倒灌量进行有效地计量的问题提供一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，包括若干计量机构，所述计量机构包括相互并联的第一管体和第二管体，所述第一管体上设置有第一单向阀和第一流量计，所述第二管体上设置有第二单向阀，所述第一单向阀与所述第二单向阀相配合，使所述第一管体与所述第二管体允许气体流过的方向相反。
上述方案中所述用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置包括若干计量机构，在进行开采试验前，根据需要进行同时开采试验的煤层数量选择一个或多个计量机构，使煤层的数量与计量机构的数量相匹配，并使用管道将各个计量机构分别与用于开采的开采管相连通，并确保在进行开采试验时，开采管开采出的瓦斯仅能够流过第二管体，当发生倒灌时，倒灌的瓦斯仅能够流过第一管体。
上述方案所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置在使用时，由于第一管体和第二管体上设置有第一单向阀和第二单向阀，使得在进行开采试验的过程中，当不发生倒灌时，瓦斯仅沿第二管体流动，第一管体内没有瓦斯流动，此时第一流量计不进行计量；当发生倒灌时，倒灌的瓦斯沿第一管体流动，此时第二管体内没有瓦斯流动，第一管体上设置的第一流量计对倒灌的瓦斯进行计量，从而实现了在进行开采试验时，对瓦斯的倒灌量进行有效地计量。
另外，在第一单向阀和第二单向阀的配合下，第一流量计仅仅只对倒灌的瓦斯进行了计量，因而计量较为准确。
优选地，所述第二管体上还设置有第二流量计。
在实际的开采过程中，为了确保在进行开采时，单一煤层的开采量达到最大，因而在煤层气开采之前工作人员通常需要进行开采试验，以确定单一煤层开采量最大的开采方案。
在上述优选方案中，通过在第二管体上设置第二流量计，实现了在进行开采试验时对单一煤层的开采量进行计量。通过对比在不同的开采方案下第二流量计计量的数值大小，即可确定单一煤层开采量最大的开采方案。
优选地，所述计量机构上连接有第三管体，所述第三管体上设置有用于调节气体压力的第一调压器，所述第三管体的一端为第一连接端，另一端为第二连接端，所述第一连接端与开采管相连接，所述第二连接端与所述计量机构相连接，使所述开采管开采出的瓦斯流经所述第一调压器调压后，再流向所述计量机构。
在实际的煤层气开采的过程中，工作人员发现在不同的煤层中煤层气的压力均不相同。为了确保进行的开采试验能够更加接近于实际的煤层气开采，因此在进行开采试验时，需要确保开采出的瓦斯的压力与实际开采出的煤层气的压力相同。
上述优选方案中，通过在第三管体上设置第一调压器，开采管开采出的瓦斯流经第一调压器调压后，瓦斯的压力变为与实际开采出的煤层气的压力相同，然后再流向计量机构，从而确保了开采试验与实际的开采更加接近，进而确保了开采试验能够更加准确反应实际的煤层气开采情况。
优选地，所述用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置还包括计算机，所述第三管体上所述第一调压器与所述第一连接端的端部之间的部分为测压部，所述测压部上设置有用于探测气体压力的压力传感器，所述计算机与所述压力传感器相连接。
在实际的煤层气开采的过程中，工作人员发现当开采管路上的压力不同时，发生倒灌的倒灌量也不同。为了进一步确定倒灌量较小的开采方案，因此在进行开采试验时需要对开采出的瓦斯的压力进行检测。
上述优选方案中，通过设置计算机，并在测压部上设置压力传感器，在进行开采试验时，压力传感器对开采出的瓦斯的压力进行实时采集，并将采集结果传送至计算机；计算机对压力传感器传送的压力信息进行显示并保存。通过对比在不同开采方案下开采出的瓦斯的压力和倒灌量，能够得到当发生倒灌的倒灌量最小时开采出的瓦斯的压力，从而指导实际的煤层气开采，确定煤层气开采倒灌量最小的开采方案。
优选地，所述第三管体上设置有第一阀门，所述第一阀门用于控制所述第三管体的通断状态。
优选地，所述测压部上所述压力传感器与所述第一调压器之间的部分为控制部，所述第一阀门设置在所述控制部上。
在开采试验进行前，需要向盛装煤样的试件箱内充入瓦斯，为了使开采试验与实际的煤层气开采更加接近，通常需要确保向试件箱内充入瓦斯后，试件箱内瓦斯的压力与实际的煤层中煤层气的压力相同。
上述优选方案中，通过在第三管体上的控制部上设置第一阀门，在向对试件箱内充入瓦斯前，先将第一阀门关闭，此时充入的瓦斯不会发生流动，因而此时压力传感器测出的压力即为试件箱内瓦斯的压力，从而确保了向试件箱内充入的瓦斯的压力与实际的煤层中煤层气的压力相同，进一步确保了试验的准确性。
在将瓦斯充入试件箱后，通常需要稳压一定的时间，以便煤样上吸附的瓦斯量能够达到要求。在上述优选方案中，通过将第一阀门设置在控制部上，在没有进行开采时先将第一阀门关闭，这样一方面可以使试件箱内的瓦斯的压力保持稳定，确保煤样对瓦斯吸附的正常进行，另一方面还可以保护第一调压器，避免第一调压器因长期受压而造成损坏。另外，由于设置了第一阀门，在维修或更换第一调压器时将第一阀门关闭即可，操作更加方便。
优选地，所述用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置还包括连通管，所述连通管上设置有用于控制气体流量的流量控制机构，所述计量机构上还连接有第四管体，所述第四管体的一端与所述计量机构相连接，另一端与所述连通管相连接，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述流量控制机构后再流出所述连通管。
在实际的开采过程中，经常会遇到煤层气开采的瞬时流量在一定时间内保持恒定的情况。为了能够测得在瞬时流量恒定不变的情况下煤层气的倒灌量，因而在进行开采试验时，需要使对瓦斯的瞬时流量与模拟的煤层气开采的开采瞬时流量相一致且保持恒定不变。
上述优选方案中的流量控制机构可选用市面上常见的气体流量控制器，通过设置流量控制机构，从计量机构流出的瓦斯流经流量控制机构后，在流量控制机构的作用下，对瓦斯的流量进行控制，使瓦斯的瞬时流量与模拟的煤层气开采的开采瞬时流量相一致且保持恒定，从而实现了进行开采试验时，瓦斯的瞬时流量与模拟的煤层气开采的开采瞬时流量相一致且保持恒定不变。故而，本发明的适用范围更广。
优选地，所述连通管上还设置有第二阀门，所述第二阀门用于控制所述连通管的通断状态，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述第二阀门后再流向所述流量控制机构。
优选地，所述连通管上还设置有第二调压器，所述第二调压器用于调节气体的压力，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述第二调压器调压后再流出所述连通管。
在实际开采过程中，经常采用恒压开采的方式，即在煤层气开采的过程中，从各个煤层开采出的煤层气汇集在一起输送时，煤层气的输送压力通常为恒定不变。为了能够测得在采用恒压开采方式进行煤层气开采的情况下煤层气的倒灌量，因而在进行开采试验时，需要使从不同煤样中开采出的瓦斯汇集在一起输送时，瓦斯的输送压力也保持和对应的煤层气的输送压力相一致且保持恒定不变。
上述优选方案中，通过设置第二调压器使得从计量机构流出的瓦斯流经第二调压器调压后再流出连通管，在被第二调压器的调压后，在不同时刻流出第二调压器的瓦斯的压力均与对应的煤层气的输送压力相一致且保持恒定不变。故而，本发明的适用范围更广。
优选地，所述连通管上所述第二阀门与所述流量控制机构之间的部分为调压部，所述第二调压器设置在所述调压部上。
在实际工作中，工作人员发现，在瓦斯输送压力保持恒定的情况下测瓦斯的流量时，测得的流量数据更加准确。上述优选方案中，通过将第二调压器设置在调压部上，当瓦斯经第二调压器调压后再流向流量控制机构，确保了流量控制机构是在瓦斯的输送压力为恒定不变的情况下对瓦斯的输送流量进行的控制，因而流量控制机构对瓦斯的流量控制更加准确，确保了试验的准确性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：实现了在进行开采试验时，对瓦斯的倒灌量进行有效地计量，在第一单向阀和第二单向阀的配合下，第一流量计仅仅只对倒灌的瓦斯进行了计量，计量较为准确。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明中所述的计量机构的示意图。
图中标记：1-第一管体，2-第二管体，3-第一单向阀，4-第一流量计，5-第二单向阀，6-第二流量计,7-第三管体,8-第一调压器,9-开采管,10-计算机,11-压力传感器,12-第一阀门，13-连通管，14-流量控制机构，15-第四管体，16-第二阀门，17-第二调压器，18-试件箱。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，包括若干计量机构，所述计量机构包括相互并联的第一管体1和第二管体2，所述第一管体1上设置有第一单向阀3和第一流量计4，所述第二管体2上设置有第二单向阀5，所述第一单向阀3与所述第二单向阀5相配合，使所述第一管体1与所述第二管体2允许气体流过的方向相反。
上述方案中所述用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置包括若干计量机构，在进行开采试验前，根据需要进行同时开采试验的煤层数量选择一个或多个计量机构，使煤层的数量与计量机构的数量相匹配，并使用管道将各个计量机构分别与用于开采的开采管9相连通，并确保在进行开采试验时，开采管9开采出的瓦斯仅能够流过第二管体2，当发生倒灌时，倒灌的瓦斯仅能够流过第一管体1。
上述方案所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置在使用时，由于第一管体1和第二管体2上设置有第一单向阀3和第二单向阀5，使得在进行开采试验的过程中，当不发生倒灌时，瓦斯仅沿第二管体2流动，第一管体1内没有瓦斯流动，此时第一流量计4不进行计量；当发生倒灌时，倒灌的瓦斯沿第一管体1流动，此时第二管体2内没有瓦斯流动，第一管体1上设置的第一流量计4对倒灌的瓦斯进行计量，从而实现了在进行开采试验时，对瓦斯的倒灌量进行有效地计量。
另外，在第一单向阀3和第二单向阀5的配合下，第一流量计4仅仅只对倒灌的瓦斯进行了计量，因而计量较为准确。
优选地，所述第二管体2上还设置有第二流量计6。
在实际的开采过程中，为了确保在进行开采时，单一煤层的开采量达到最大，因而在煤层气开采之前工作人员通常需要进行开采试验，以确定单一煤层开采量最大的开采方案。
在上述优选方案中，通过在第二管体2上设置第二流量计6，实现了在进行开采试验时对单一煤层的开采量进行计量。通过对比在不同的开采方案下第二流量计6计量的数值大小，即可确定单一煤层开采量最大的开采方案。
优选地，所述计量机构上连接有第三管体7，所述第三管体7上设置有用于调节气体压力的第一调压器8，所述第三管体7的一端为第一连接端，另一端为第二连接端，所述第一连接端与开采管9相连接，所述第二连接端与所述计量机构相连接，使所述开采管9开采出的瓦斯流经所述第一调压器8调压后，再流向所述计量机构。
在实际的煤层气开采的过程中，工作人员发现在不同的煤层中煤层气的压力均不相同。为了确保进行的开采试验能够更加接近于实际的煤层气开采，因此在进行开采试验时，需要确保开采出的瓦斯的压力与实际开采出的煤层气的压力相同。
上述优选方案中，通过在第三管体7上设置第一调压器8，开采管9开采出的瓦斯流经第一调压器8调压后，瓦斯的压力变为与实际开采出的煤层气的压力相同，然后再流向计量机构，从而确保了开采试验与实际的开采更加接近，进而确保了开采试验能够更加准确反应实际的煤层气开采情况。
优选地，所述用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置还包括计算机10，所述第三管体7上所述第一调压器8与所述第一连接端的端部之间的部分为测压部，所述测压部上设置有用于探测气体压力的压力传感器11，所述计算机10与所述压力传感器11相连接。
在实际的煤层气开采的过程中，工作人员发现当开采管9路上的压力不同时，发生倒灌的倒灌量也不同。为了进一步确定倒灌量较小的开采方案，因此在进行开采试验时需要对开采出的瓦斯的压力进行检测。
上述优选方案中，通过设置计算机10，并在测压部上设置压力传感器11，在进行开采试验时，压力传感器11对开采出的瓦斯的压力进行实时采集，并将采集结果传送至计算机10；计算机10对压力传感器11传送的压力信息进行显示并保存。通过对比在不同开采方案下开采出的瓦斯的压力和倒灌量，能够得到当发生倒灌的倒灌量最小时开采出的瓦斯的压力，从而指导实际的煤层气开采，确定煤层气开采倒灌量最小的开采方案。
优选地，所述第三管体7上设置有第一阀门12，所述第一阀门12用于控制所述第三管体7的通断状态。
优选地，所述测压部上所述压力传感器11与所述第一调压器8之间的部分为控制部，所述第一阀门12设置在所述控制部上。
在开采试验进行前，需要向盛装煤样的试件箱18内充入瓦斯，为了使开采试验与实际的煤层气开采更加接近，通常需要确保向试件箱18内充入瓦斯后，试件箱18内瓦斯的压力与实际的煤层中煤层气的压力相同。
上述优选方案中，通过在第三管体7上的控制部上设置第一阀门12，在向对试件箱18内充入瓦斯前，先将第一阀门12关闭，此时充入的瓦斯不会发生流动，因而此时压力传感器11测出的压力即为试件箱18内瓦斯的压力，从而确保了向试件箱18内充入的瓦斯的压力与实际的煤层中煤层气的压力相同，进一步确保了试验的准确性。
在将瓦斯充入试件箱18后，通常需要稳压一定的时间，以便煤样上吸附的瓦斯量能够达到要求。在上述优选方案中，通过将第一阀门12设置在控制部上，在没有进行开采时先将第一阀门12关闭，这样一方面可以使试件箱18内的瓦斯的压力保持稳定，确保煤样对瓦斯吸附的正常进行，另一方面还可以保护第一调压器8，避免第一调压器8因长期受压而造成损坏。另外，由于设置了第一阀门12，在维修或更换第一调压器8时将第一阀门12关闭即可，操作更加方便。
优选地，所述用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置还包括连通管13，所述连通管13上设置有用于控制气体流量的流量控制机构14，所述计量机构上还连接有第四管体15，所述第四管体15的一端与所述计量机构相连接，另一端与所述连通管13相连接，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述流量控制机构14后再流出所述连通管13。
在实际的开采过程中，经常会遇到煤层气开采的瞬时流量在一定时间内保持恒定的情况。为了能够测得在瞬时流量恒定不变的情况下煤层气的倒灌量，因而在进行开采试验时，需要使对瓦斯的瞬时流量与模拟的煤层气开采的开采瞬时流量相一致且保持恒定不变。
上述优选方案中的流量控制机构14可选用市面上常见的气体流量控制器，通过设置流量控制机构14，从计量机构流出的瓦斯流经流量控制机构14后，在流量控制机构14的作用下，对瓦斯的流量进行控制，使瓦斯的瞬时流量与模拟的煤层气开采的开采瞬时流量相一致且保持恒定，从而实现了进行开采试验时，瓦斯的瞬时流量与模拟的煤层气开采的开采瞬时流量相一致且保持恒定不变。故而，本发明的适用范围更广。
优选地，所述连通管13上还设置有第二阀门16，所述第二阀门16用于控制所述连通管13的通断状态，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述第二阀门16后再流向所述流量控制机构14。
优选地，所述连通管13上还设置有第二调压器17，所述第二调压器17用于调节气体的压力，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述第二调压器17调压后再流出所述连通管13。
在实际开采过程中，经常采用恒压开采的方式，即在煤层气开采的过程中，从各个煤层开采出的煤层气汇集在一起输送时，煤层气的输送压力通常为恒定不变。为了能够测得在采用恒压开采方式进行煤层气开采的情况下煤层气的倒灌量，因而在进行开采试验时，需要使从不同煤样中开采出的瓦斯汇集在一起输送时，瓦斯的输送压力也保持和对应的煤层气的输送压力相一致且保持恒定不变。
上述优选方案中，通过设置第二调压器17使得从计量机构流出的瓦斯流经第二调压器17调压后再流出连通管13，在被第二调压器17的调压后，在不同时刻流出第二调压器17的瓦斯的压力均与对应的煤层气的输送压力相一致且保持恒定不变。故而，本发明的适用范围更广。
优选地，所述连通管13上所述第二阀门16与所述流量控制机构14之间的部分为调压部，所述第二调压器17设置在所述调压部上。
在实际工作中，工作人员发现，在瓦斯输送压力保持恒定的情况下测瓦斯的流量时，测得的流量数据更加准确。上述优选方案中，通过将第二调压器17设置在调压部上，当瓦斯经第二调压器17调压后再流向流量控制机构14，确保了流量控制机构14是在瓦斯的输送压力为恒定不变的情况下对瓦斯的输送流量进行的控制，因而流量控制机构14对瓦斯的流量控制更加准确，确保了试验的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：包括若干计量机构，所述计量机构包括相互并联的第一管体(1)和第二管体(2)，所述第一管体(1)上设置有第一单向阀(3)和第一流量计(4)，所述第二管体(2)上设置有第二单向阀(5)，所述第一单向阀(3)与所述第二单向阀(5)相配合，使所述第一管体(1)与所述第二管体(2)允许气体流过的方向相反。
2.根据权利要求1所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：所述第二管体(2)上还设置有第二流量计(6)。
3.根据权利要求2所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：所述计量机构上连接有第三管体(7)，所述第三管体(7)上设置有用于调节气体压力的第一调压器(8)，所述第三管体(7)的一端为第一连接端，另一端为第二连接端，所述第一连接端与开采管(9)相连接，所述第二连接端与所述计量机构相连接，使所述开采管(9)开采出的瓦斯流经所述第一调压器(8)调压后，再流向所述计量机构。
4.根据权利要求3所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：还包括计算机(10)，所述第三管体(7)上所述第一调压器(8)与所述第一连接端的端部之间的部分为测压部，所述测压部上设置有用于探测气体压力的压力传感器(11)，所述计算机(10)与所述压力传感器(11)相连接。
5.根据权利要求4所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：所述第三管体(7)上设置有第一阀门(12)，所述第一阀门(12)用于控制所述第三管体(7)的通断状态。
6.根据权利要求5所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：所述测压部上所述压力传感器(11)与所述第一调压器(8)之间的部分为控制部，所述第一阀门(12)设置在所述控制部上。
7.根据权利要求6所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：还包括连通管(13)，所述连通管(13)上设置有用于控制气体流量的流量控制机构(14)，所述计量机构上还连接有第四管体(15)，所述第四管体(15)的一端与所述计量机构相连接，另一端与所述连通管(13)相连接，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述流量控制机构(14)后再流出所述连通管(13)。
8.根据权利要求7所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：所述连通管(13)上还设置有第二阀门(16)，所述第二阀门(16)用于控制所述连通管(13)的通断状态，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述第二阀门(16)后再流向所述流量控制机构(14)。
9.根据权利要求8所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：所述连通管(13)上还设置有第二调压器(17)，所述第二调压器(17)用于调节气体的压力，使从所述计量机构流出的瓦斯流经所述第二调压器(17)调压后再流出所述连通管(13)。
10.根据权利要求9所述的用于计量煤层气开采试验时的倒灌量的装置，其特征在于：所述连通管(13)上所述第二阀门(16)与所述流量控制机构(14)之间的部分为调压部，所述第二调压器(17)设置在所述调压部上。
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