CN110029935A - 水平井分段置换压井方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种水平井分段置换压井方法及装置,具体包含:当水平井钻进至水平段且发生气侵时,做关井处理并监测套管压力情况;在套管压力达到预定阈值时,获得当前关井套压和关井立压;以关井套压和关井立压为基准,监测套管压力于预定周期内的变化情况,当套管压力呈上升趋势时,通过体积法置换排除水平井的直井段内气体;当预定周期内套管压力不再上升时,通过钻柱向水平井的水平段注入压井液将水平井的水平段内气体压入水平井的直井段内,并通过体积法置换排除水平井的直井段内气体;持续监测套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体。
Description
技术领域
本发明涉及油气作业领域,尤指一种水平井分段置换压井方法及装置。
背景技术
气侵是钻井过程经常遇到的情况,如果得不到及时控制,将发展成为更加危险的情况,如井喷失控,导致巨大的损失。不同的压井方法是有针对性地处理不同井况的井控处理手段。如常规方法和非常规方法。
现有的压井方法包括司钻法,等待加重法以及置换法。在这些压井过程中难以控制立压,一旦发生大规模气侵,气体大量填充于水平井段和直井段。
其中司钻法和等待加重法缺点如下:水平井发生较大的气侵,气体几乎侵入的整个水平段,此时井内已经聚集了压力很高、体积很大的气体。如果按照司钻法或等待加重法,由于直井段可能还未有气侵气体污染,关井立压和关井套压将十分接近,另外由于泥浆池增量存在很大的偏差,通过关井压力很难判断气侵程度。此时若开始循环,把大部分存在于水平段的气体循环至垂直井段,并继续将气体向上输运,套压将出现大幅上升。同时环空中大量气体会造成立压控制难度急剧增加。套管鞋和井底都可能出现破裂现象,造成井内情况的复杂化,无法继续实施压井作业。
如果采用置换法,水平段气侵气体实际上不能全部向井口聚集。水平段将存留较大部分的气体,置换过程也失去了意义。如果按照置换法的原则完成了压井,当重新循环时,会出现残留气体的再次排出,井底压力也会出现再次欠平衡,导致二次气侵的发生。
发明内容
本发明目的在于针对长水平段水平井发生大气侵量气侵时,克服已有的压井方法所面临的风险,提出一种针对该情况的最优压井工艺的水平井分段置换压井方法及装置。
为达上述目的,本发明所提供的水平井分段置换压井方法,具体包含:当水平井钻进至水平段且发生气侵时,做关井处理并监测套管压力情况;在所述套管压力达到预定阈值时,获得当前关井套压和关井立压;以所述关井套压和关井立压为基准,监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当所述套管压力呈上升趋势时,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体。
在上述水平井分段置换压井方法中,优选的,持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体还包含:当预定周期内所述套管压力存在上升趋势时,重复通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体。
在上述水平井分段置换压井方法中,优选的,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体包含:当所述水平井的直井段存在气体,采用体积法将所述水平井的直井段内气体滑脱上升至井口;向所述水平井的直井段泵入预设体积的压井液后关井处理;通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体。
在上述水平井分段置换压井方法中,优选的,通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体包含:所述释放套管压力的降低值等于泵入压井液的压力值。
在上述水平井分段置换压井方法中,优选的,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内还包含:利用泥浆返出量获得所述水平井的水平段的气侵长度;通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段。
在上述水平井分段置换压井方法中,优选的,通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段还包含:通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液所导致的排出所述水平井的水平段内气体的压力,小于压裂所述水平井的套管鞋的压力。
本发明还提供一种水平井分段置换压井装置,所述装置包含监测模块、判断模块和排除模块;所述监测模块用于当水平井钻进至水平段且发生气侵时,做关井处理并监测套管压力情况;以及当所述套管压力达到预定阈值时时,获得当前关井套压和关井立压;所述判断模块用于以所述关井套压和关井立压为基准,监测所述套管压力于预定周期内的变化情况;所述排除模块用于当所述套管压力呈上升趋势时,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;以及当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体。
在上述水平井分段置换压井装置中,优选的,所述排除模块还包含比对单元,所述比对单元用于当预定周期内所述套管压力存在上升趋势时,重复通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体。
在上述水平井分段置换压井装置中,优选的,所述排除模块包含直径排气单元,所述直径排气单元用于当所述水平井的直井段存在气体,采用体积法将所述水平井的直井段内气体滑脱上升至井口;向所述水平井的直井段泵入预设体积的压井液后关井处理;通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体。
在上述水平井分段置换压井装置中,优选的,所述排除模块包含水平排气单元,所述水平排气单元用于利用泥浆返出量获得所述水平井的水平段的气侵长度;通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段。
本发明还包含一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还包含一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明的有益技术效果在于:通过将水平段气侵气体分段推出并置换出井的方法,将压井时水平段推出的气体带压上升到达薄弱的套管鞋处的压力不至于压裂套管鞋,使压井即安全又有效率的实施。另外,本发明可以在对井口装备、薄弱地层产生最小压力冲击的情况下,最大可能地将水平段全部气体排出井内。本发明提高了水平井发生大规模气侵时的应对效率,对设备进行有效的保护,防止在压井过程中设备的损坏,降低了经济损失。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明的限定。在附图中:
图1为本发明一实施例所提供的水平井分段置换压井方法的流程示意图;
图2为本发明一实施例所提供的直井段的排气流程示意图;
图3为本发明一实施例所提供的水平段的排气流程示意图;
图4为本发明一实施例所提供的水平井分段置换压井方法的应用流程示意图;
图5为本发明一实施例所提供的水平井分段置换压井装置的结构示意图;
图6为本发明一实施例所提供的水平井分段置换压井装置的结构示意图;
图7为本发明一实施例所提供的水平井分段置换压井过程中套管压力趋势示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
另外,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
请参考图1所示,本发明所提供的水平井分段置换压井方法,具体包含:S101当水平井钻进至水平段且发生气侵时,做关井处理并监测套管压力情况;在所述套管压力达到预定阈值时,获得当前关井套压和关井立压;S102以所述关井套压和关井立压为基准,监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当所述套管压力呈上升趋势时,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;S103当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;S104持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体。在该实施例中,所述预定阈值指的是关井后,井内恢复平衡,井内压力出现平衡,一阶导数为零的点;该处预定周期包含:从开始关井到井内压力出现平衡的时间周期,具体时间可根据实际情况确定,本发明在此不做过多限制。
在上述实施例中,步骤S104还包含当预定周期内所述套管压力存在上升趋势时,重复通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体。实际工作中,上述步骤S103及步骤S104是一个往复循环的过程,所述体积置换作用在于处理直井段内的气侵排出:体积置换包括体积控制和置换两个过程。体积控制:通过反复释放部分钻井液提供气体膨胀的空间,降低气体的压力,而后关井,等待气体上升,压力升高后再进行释放钻井液。体积控制法正是采用关井等待气体运移、等待压力上升、释放钻井液、气体膨胀降低压力这一循环过程逐渐控制气侵气体上升至井口,在这一过程中通过合理的控制保证井底压力处于准恒压状态。置换是体积控制之后进行的步骤,当确认气体到达井口后开始实施:反复将压井液注入井筒内,等待压井液下落至气柱底部,然后释放掉与注入压井液静液柱压力相同的气体压力,完成井内气侵气体与压井液的替换,最终直井段顶部全部充满压井液。本发明通过上述方式处理直井段气侵后,再向水平段内注入压井液,驱动水平段内的部分气体进入直井段,然后用上述体积置换再次通过直井段将其排出。
在上述步骤S102以所述关井套压和关井立压为基准,监测所述套管压力于预定周期内的变化情况中,主要通过将所述套管压力与所述关井套压和关井立压比较;当所述套管压力在预定周期内成上升趋势,则所述水平井的直井段存在气体;当所述套管压力在预定周期内无上升趋势,则所述水平井的仅水平段存在气体,具体请参考图7所示。
当判断完水平井中气体的位置后,即可进行气体排出工作,在本发明一实施例中,主要是根据所述套管压力变化情况通过体积法置换排除所述水平井的直井段和/或水平段内气体,其具体流程可参考图2所示,S201当所述水平井的直井段存在气体,采用体积法将所述水平井的直井段内气体滑脱上升至井口;S202向所述水平井的直井段泵入预设体积的压井液后关井处理;S203通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体。其中通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体包含:所述释放套管压力的降低值等于泵入压井液的压力值。实际工作中,可采用典型的置换法压井实现上升流程,本发明在此就不再一一详述。
请参考图3所示,S301当所述水平井的水平段存在气体,利用泥浆返出量获得所述水平井的水平段的气侵长度;S302通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,排出所述水平井的水平段内气体。其中,通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,排出所述水平井的水平段内气体包含:通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液所导致的排出所述水平井的水平段内气体的压力,小于压裂所述水平井的套管鞋的压力。
具体的,上述实施例中,主要可采用置换法关井,每次注入压井液的体积依照以下公式求取:
(H-hs-V/A)ρm>Pd
上式中,ps=最大的套管鞋压力;V0=压井液注入体积;V=气体顶部到达套管鞋时的体积;pb=地层压力;H=直井段长度;hs=井口到套管鞋的距离;A=套管鞋处的截面积;ρm=原钻井液密度。
请参考图4所示,将本发明所提供的上述水平井分段置换压井方法应用到实际工作中,具体流程可如下所示,本领域相关技术人员当可知,以下实例仅为进一步说明上述流程的具体实施方式,并不对本发明所要的保护范围做进一步限定。
1)当水平井钻进至水平段,水平井长度超过如300米的情况下,若通过任何方法发现气侵发生,迅速关井;
2)观察套管压力变化,当套压达到第一个拐点时,记录关井套压和关井立压;
3)继续观察套压变化,判断是否出现持续增加变化过程,若存在上升趋势,说明直井段存在气柱,执行4);若无上升趋势,说明气侵气体仅存于水平段,执行5);
4)应用体积法将直井段气体安全滑脱上升到达井口,而后配置压井液并向井内泵入,关井等待压井液下落,然后释放套压。释放套压的降低值等于泵入压井液液柱的压力;依次往复,将到达井口的气体排出井内;
5)根据泥浆返出量计算井内水平段的气侵长度,用配置好的压井液以小排量的方式,经钻柱向水平井的水平段泵入一定的体积(具体体积可采用上述置换法关井的方式获得),一定量的压井液进入水平段会将水平段内的气体推出,进入直井段内上升;体积上限为当该气体上升的过程中到达套管鞋处时的压力不至于压裂套管鞋;
6)观察若干个小时内的套压变化,如不发生上升则进行7);如发生上升进行4);
7)综上所述,当套压不再上升时,说明井内气体大部分都已排出。或许还有小部分气体圈闭在“顶部口袋中”,因此再换用大排量的方式对井进行一次循环以达到清除圈闭气体的效果。
以此,通过将水平段气侵气体分段推出并置换出井的方法,将压井时水平段推出的气体带压上升到达薄弱的套管鞋处的压力不至于压裂套管鞋,使压井即安全又有效率的实施。另外,本发明可以在对井口装备、薄弱地层产生最小压力冲击的情况下,最大可能地将水平段全部气体排出井内。本发明提高了水平井发生大规模气侵时的应对效率,对设备进行有效的保护,防止在压井过程中设备的损坏,降低了经济损失。
请参考图5所示,本发明还提供一种水平井分段置换压井装置,所述装置包含监测模块、判断模块和排除模块;所述监测模块用于当水平井钻进至水平段且发生气侵时,做关井处理并监测套管压力情况;以及当所述套管压力达到预定阈值时时,获得当前关井套压和关井立压;所述判断模块用于以所述关井套压和关井立压为基准,监测所述套管压力于预定周期内的变化情况;所述排除模块用于当所述套管压力呈上升趋势时,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;以及当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体。
在本发明一实施例中,所述判断模块包含比对单元,所述比对单元用于当预定周期内所述套管压力存在上升趋势时,重复通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体。
请参考图6所示,在本发明一实施例中,所述排除模块包含直径排气单元和水平排气单元;所述直径排气单元用于当所述水平井的直井段存在气体,采用体积法将所述水平井的直井段内气体滑脱上升至井口;向所述水平井的直井段泵入预设体积的压井液后关井处理;通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体。所述水平排气单元用于利用泥浆返出量获得所述水平井的水平段的气侵长度;通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段。
本发明还包含一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还包含一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明所提供的水平井分段置换压井方法及装置通过将水平段气侵气体分段推出并置换出井的方法,将压井时水平段推出的气体带压上升到达薄弱的套管鞋处的压力不至于压裂套管鞋,使压井即安全又有效率的实施。另外,本发明可以在对井口装备、薄弱地层产生最小压力冲击的情况下,最大可能地将水平段全部气体排出井内。本发明提高了水平井发生大规模气侵时的应对效率,对设备进行有效的保护,防止在压井过程中设备的损坏,降低了经济损失。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种水平井分段置换压井方法,其特征在于,所述方法包含:
当水平井钻进至水平段且发生气侵时,做关井处理并监测套管压力情况;在所述套管压力达到预定阈值时,获得当前关井套压和关井立压;
以所述关井套压和关井立压为基准,监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当所述套管压力呈上升趋势时,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;
当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;
持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体。
2.根据权利要求1所述的水平井分段置换压井方法,其特征在于,持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体还包含:
当预定周期内所述套管压力存在上升趋势时,重复通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体。
3.根据权利要求2所述的水平井分段置换压井方法,其特征在于,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体包含:
当所述水平井的直井段存在气体,采用体积法将所述水平井的直井段内气体滑脱上升至井口;
向所述水平井的直井段泵入预设体积的压井液后关井处理;
通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体。
4.根据权利要求3所述的水平井分段置换压井方法,其特征在于,通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体包含:所述释放套管压力的降低值等于泵入压井液的压力值。
5.根据权利要求1所述的水平井分段置换压井方法,其特征在于,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内还包含:
利用泥浆返出量获得所述水平井的水平段的气侵长度;
通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段。
6.根据权利要求5所述的水平井分段置换压井方法,其特征在于,通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段还包含:通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液所导致的排出所述水平井的水平段内气体的压力,小于压裂所述水平井的套管鞋的压力。
7.一种水平井分段置换压井装置,其特征在于,所述装置包含监测模块、判断模块和排除模块;
所述监测模块用于当水平井钻进至水平段且发生气侵时,做关井处理并监测套管压力情况;以及当所述套管压力达到预定阈值时时,获得当前关井套压和关井立压;
所述判断模块用于以所述关井套压和关井立压为基准,监测所述套管压力于预定周期内的变化情况;
所述排除模块用于当所述套管压力呈上升趋势时,通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;以及当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体;持续监测所述套管压力于预定周期内的变化情况,当预定周期内所述套管压力不再上升时,通过大排量循环方式清除水平井的圈闭气体。
8.根据权利要求7所述的水平井分段置换压井装置,其特征在于,所述排除模块还包含比对单元,所述比对单元用于当预定周期内所述套管压力存在上升趋势时,重复通过钻柱向所述水平井的水平段注入压井液将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段内,并通过体积法置换排除所述水平井的直井段内气体。
9.根据权利要求8所述的水平井分段置换压井装置,其特征在于,所述排除模块包含直径排气单元,所述直径排气单元用于当所述水平井的直井段存在气体,采用体积法将所述水平井的直井段内气体滑脱上升至井口;向所述水平井的直井段泵入预设体积的压井液后关井处理;通过所述压井液下落并释放套管压力至预定阈值的方式排出所述水平井的直井段内气体。
10.根据权利要求9所述的水平井分段置换压井装置,其特征在于,所述排除模块包含水平排气单元,所述水平排气单元用于利用泥浆返出量获得所述水平井的水平段的气侵长度;通过向所述水平井的水平段泵入预设体积的压井液的方式,将所述水平井的水平段内气体压入所述水平井的直井段。
11.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一所述方法。
12.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至6任一所述方法的计算机程序。
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