CN110029989A - 一种非常规油气采出程度计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非常规油气采出程度计算方法,该方法包括如下步骤:根据不同孔隙尺寸所属的有效孔隙类型的储量计算公式,计算不同尺寸的孔隙里的非常规油气储量,所述有效孔隙类型包括非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙;根据各尺寸的孔隙里的非常规油气储量,利用气体状态方程,计算每个尺寸的孔隙里的非常规油气采出程度,从而完成针对不同尺寸的孔隙的采出程度的评价。本发明有效地评估不同孔径的孔隙中的非常规油气采出程度,提高了评估的精度和准确性,对非常规油气储层储量评估、采出程度评估、经济评价具有重要作用,更符合实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及非常规油气勘探开发领域,具体地说,是涉及一种非常规油气采出程度计算方法及系统。
背景技术
现今,页岩气、致密气、致密油等非常规油气资源丰富,已超过常规油气资源量,其勘探开发也取得了重大突破,如随着水平井钻井、多段压裂技术的发展,美国、加拿大、中国都已实现了页岩气的商业开发。在美国,页岩气的产量比重已占到天然气总产量的20%以上。我国是世界上第三个取得页岩气勘探开发突破的国家,页岩气资源量达到25.1万亿方,资源量巨大。
储量计算是非常规油气井合理配产、压裂效果评价及优化、开发方案制订及调整、采收率预测、经济评价的基础,具有非常重要的作用。由于涉及到多尺度流动机理耦合、裂缝形态识别、人工裂缝与天然裂缝相互作用、流场诊断等复杂因素,因此非常规油气井产量预测难度大、不确定因素多、准确性差。
采出程度预测是非常规油气井压裂效果评价及优化、开发方案制订及调整、采收率预测、经济评价的基础,具有非常重要的作用。现有的非常规油气采出程度计算方法没有考虑纳米孔隙的影响,确定的采出程度是一个固定值,无法得到不同孔径的孔隙中的采出程度。
非常规油气井尤其是页岩气井采出程度和储量评价方法与常规油气井差别很大,主要体现在:(1)页岩气储量由自由气、吸附气和溶解气组成,各部分的比例难以确定,而常规气藏只考虑自由气即可;(2)页岩气藏是自生自储气藏,需要“人工造藏”,储量大小受水力压裂改造的影响;(3)若靠生产动态分析进行储量评价,则要求流体流动达到边界控制流阶段,而由于储层渗透率极低,非常规油气井很难达到边界控制流阶段。
目前非常规油气采出程度计算方法主要有静态法和动态法。对于已生产井,可以用井的生产数据计算,主要计算方法是产量递减法、物质平衡法和数值模拟法等。现有技术中,通常采用如下方法进行计算:其一,涉及页岩吸附气解吸附及异常高压的影响,建立计算页岩气储量的物质平衡方程;其二,通过计算井底流压考虑吸附气解吸附气异常高压的影响,分别针对多段压裂水平井的压裂改造区和未改造区建立物质平衡方程计算动态储量;其三,将评价区域分为有井资料区和无钻井资料区,用不同的参数计算地质储量丰度。但这三种方法对孔隙度参数的评价仅通过参考一种参数计算孔隙度常数,得到的只能是一个平均的采出程度,无法衡量不同孔径的孔隙中的页岩油气采出程度。由于非常规储层孔隙的范围一般由几纳米到几百纳米,随着孔径的减小,单位体积孔隙中的气体分子数增加,而采出难度却越来越大,因此在非常规油气采出程度计算中,考虑不同孔径的孔隙的采出程度有重要意义。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种非常规油气采出程度计算方法,该方法包括如下步骤:孔隙储量确定步骤,根据不同孔隙尺寸所属的有效孔隙类型的储量计算公式,计算不同尺寸的孔隙里的非常规油气储量,所述有效孔隙类型包括非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙;采出程度计算步骤,根据各尺寸的孔隙里的非常规油气储量,利用气体状态方程,计算每个尺寸的孔隙里的非常规油气采出程度,从而完成针对不同尺寸的孔隙的采出程度的评价。
优选地,所述采出程度计算步骤进一步包括:用不同尺寸的碳纳米管表征每一种孔隙尺寸,分别模拟属于该尺寸的所有孔隙从原始地层压力降低到目标压力时的累积产气量;将当前的所述累积产气量与同种尺寸的孔隙的储量作除法运算,得到针对该种尺寸的孔隙的采出程度。
优选地,所述孔隙储量确定步骤进一步包括:利用储层孔隙中非常规油气分子间的吸附原理,通过分子动力学模拟法,确定区别所述大孔隙和所述纳米孔隙的孔隙界限值,基于此判断有效孔隙类型,其中,当孔隙尺寸大于或等于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述大孔隙,当孔隙尺寸小于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述纳米孔隙。
优选地,所述孔隙储量确定步骤进一步包括:当有效孔隙类型为所述大孔隙时,将所述大孔隙按照不同孔隙尺寸划分为若干特定尺寸大孔隙区,基于储层孔隙尺寸分布曲线,得到每个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数;利用储层岩石的有效孔隙体积、各个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数、所有所述大孔隙中非常规油气分子数,得到每个所述特定尺寸大孔隙区的储量。
优选地,在所述孔隙储量确定步骤中,利用如下表达式计算当前所述特定尺寸大孔隙区的非常规油气储量:
其中,GLarge,j表示所述特定尺寸大孔隙区的非常规油气储量,εj表示所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙的体积分数,j表示所述特定尺寸大孔隙区的序号,Vp,HC表示储层岩石中所述有效孔隙的总体积,nLarge表示单位体积内所述特定尺寸大孔隙区中的非常规油气分子数,Vj表示所述特定尺寸大孔隙区占所有所述大孔隙的体积分数,NA表示阿佛加德罗常数,R表示非常规油气的气体常数,TSC表示标准温度,pSC表示标准压力。
优选地,在所述孔隙储量确定步骤中,进一步包括:当有效孔隙类型为所述纳米孔隙时,模拟储层岩石中的所述纳米孔隙,基于不同的储层孔隙尺寸,将所有所述纳米孔隙划分为若干个特定尺寸纳米孔隙区;计算每个所述特定尺寸纳米孔隙区的体积,确定各个所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙的数量、以及相应区域内所述纳米孔隙中的非常规油气分子数,得到各个所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量。
优选地,在所述孔隙储量确定步骤中,利用如下表达式计算当前所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量:
其中,GNano,i表示所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量,NNano,i表示所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙中的非常规油气分子数,i表示所述特定尺寸纳米孔隙区的序号,NA表示阿佛加德罗常数,R表示非常规油气的气体常数,TSC表示标准温度,pSC表示标准压力,ξi表示所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙的数量。
另一方面,提供了一种非常规油气采出程度计算系统,该系统包括如下模块:孔隙储量确定模块,其根据不同孔隙尺寸所属的有效孔隙类型的储量计算公式,计算不同尺寸的孔隙里的非常规油气储量,所述有效孔隙类型包括非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙;采出程度计算模块,其根据各尺寸的孔隙里的非常规油气储量,利用气体状态方程,计算每个尺寸的孔隙里的非常规油气采出程度,从而完成针对不同尺寸的孔隙的采出程度的评价。
优选地,所述采出程度计算模块包括:累积产气量计算单元,其用不同尺寸的碳纳米管表征每一种孔隙尺寸,分别模拟属于该尺寸的所有孔隙从原始地层压力降低到目标压力时的累积产气量;采出结果输出单元,其将当前的所述累积产气量与同种尺寸的孔隙的储量作除法运算,得到针对该种尺寸的孔隙的采出程度。
优选地,所述储量计算模块进一步包括;有效孔隙分类单元,其利用储层孔隙中非常规油气分子间的吸附原理,通过分子动力学模拟法,确定区别所述大孔隙和所述纳米孔隙的孔隙界限值,基于此判断有效孔隙类型,其中,当孔隙尺寸大于或等于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述大孔隙,当孔隙尺寸小于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述纳米孔隙;大孔隙储量计算单元,其当有效孔隙类型为所述大孔隙时,将所述大孔隙按照不同孔隙尺寸划分为若干特定尺寸大孔隙区,基于储层孔隙尺寸分布曲线,得到每个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数,进一步利用储层岩石的有效孔隙体积、各个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数、所有所述大孔隙中非常规油气分子数,得到每个所述特定尺寸大孔隙区的储量;纳米孔隙储量计算单元,其当有效孔隙类型为所述纳米孔隙时,模拟储层岩石中的所述纳米孔隙,基于不同的储层孔隙尺寸,将所有所述纳米孔隙划分为若干个特定尺寸纳米孔隙区,进一步,计算每个所述特定尺寸纳米孔隙区的体积,确定各个所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙的数量、以及相应区域内所述纳米孔隙中的非常规油气分子数,得到各个所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量。
与现有技术相比,上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果:
本发明基于各个储层孔隙受吸附作用和孔隙限制效应影响的差别,将所有孔隙划分为非常规油气可自由流动的大孔隙和流动受吸附气影响的纳米孔隙,可以有效地评估不同孔径的孔隙中的非常规油气储量和采出程度,提高了评估的精度和准确性,对非常规油气储层储量评估、采出程度评估、经济评价具有重要作用,更符合实际情况。
本发明的其他优点、目标,和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书,权利要求书,以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例共同用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的步骤图。
图2为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的具体流程图。
图3为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的单位孔隙体积中页岩气气体分子数与孔径的关系图。
图4为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的储层孔隙尺寸分布曲线图。
图5为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的页岩气储量随孔径变化关系图。
图6为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的页岩气累积产气量随孔径变化关系图。
图7为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的页岩气采出程度随孔径变化关系图。
图8为本申请实施例的非常规油气采出程度计算系统结构示意图。
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以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。
在现有的储量计算方法中,孔隙度参数是一个未经分类描述的参量,但由于富含有机物的页岩储层是由多尺度孔隙结构组成,通过分子动力学模拟可知,单位体积中的气体分子个数随着孔径的减小而增加,因此非常规油气藏吸附主要发生在较小孔隙里,吸附的发生有一个孔隙界限值,所以大孔隙和小孔隙单位体积中的分子数是不同的,随着生产压力降低,吸附气解吸附主要发生在小孔隙,故在非常规油气储量计算中,孔隙度使用一个参量进行描述并不符合实际情况,而应区分为大孔隙和小孔隙。
本发明实施例旨在形成一种非常规油气采出程度计算方法,提高采出程度评估的精度和准确性。为了准确计算非常规油气储量和采出程度,将储层孔隙划分为非常规油气能自由流动的大孔隙、流动受吸附气影响的纳米孔隙(也称“非常规油气的流动受影响的纳米孔隙”)、不参与流动的纳米孔隙、束缚水占用的孔隙等4类孔隙。通过分子动力学模拟和室内试验,确定区分可自由流动大孔隙和流动受吸附气影响的纳米孔隙的孔隙界限值。
图1为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的步骤图。图2为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的具体流程图。下面结合图1、图2针对该计算方法进行详细说明。
参考图1,在步骤S110(孔隙划分步骤)中,根据不同孔隙尺寸所属的有效孔隙类型的储量计算公式,计算不同尺寸的孔隙里的非常规油气储量,其中,有效孔隙类型包括非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙。进一步地说,有效孔隙的分类是根据储层孔隙结构,将储层中的有效孔隙划分为非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙,确定区别可流动大孔隙和纳米孔隙的孔隙界限值,并获得这两类孔隙各占有效孔隙的体积分数。
具体地,首先,根据储层孔隙结构将储层岩石中的有效孔隙进行分类,分析其中有效孔隙的组成,并对孔隙度参数进行修正,将有效孔隙划分为非常规油气的可自由流动大孔隙(在以下对非常规油气采出程度计算方法的说明中,将“非常规油气的可自由流动大孔隙”简称为“可流动大孔隙”)和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙(在以下对非常规油气采出程度计算方法的说明中,将“非常规油气的流动受影响的纳米孔隙”简称为“纳米孔隙”)。然后,基于分析和修正结果,通过分子动力学模拟法,利用储层岩石中非常规油气分子间的吸附原理,绘制单位孔隙体积中非常规油气气体分子数与孔径关系曲线,计算并确定区分可流动大孔隙和纳米孔隙的孔隙界限值,同时判断有效孔隙类型。其中,当孔隙尺寸大于或等于上述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于可流动大孔隙;当孔隙尺寸小于孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于纳米孔隙。最后,基于孔隙尺寸与同一尺寸孔隙的体积分数的关系,绘制储层孔隙尺寸分布曲线,该曲线表征了各个孔隙尺寸的可流动大孔隙/纳米孔隙各占有效孔隙的体积分数。
进一步地说,为了准确计算不同尺寸的孔隙的非常规油气储量,将储层岩石的孔隙划分为非常规油气能自由流动的大孔隙、流动受吸附气影响的纳米孔隙、水占用的孔隙、不可流动岩石孔隙等若干类孔隙,并利用如下表达式表示:
ΦHC=Φ-Φtrapped,HC-ΦFW-ΦCBW (1)
其中,ΦHC表示储层岩石中的有效孔隙度,Φ表示储层岩石总孔隙度,Φtrapped,HC表示储层岩石纳米孔隙度中不可流动岩石孔隙度,ΦFW表示储层岩石中自由水孔隙度,ΦCBW表示储层岩石中束缚水孔隙度。
在实际应用过程中,能够存储非常规油气的孔隙为有效孔隙,在上述储层岩石的若干类孔隙中,可流动大孔隙和纳米孔隙为有效孔隙。因此,将公式(1)进行简化,从总孔隙度里减去束缚水和自由水所占的孔隙度,完成了对有效孔隙度参数的修正,并利用如下表达式表示修正后的有效孔隙度:
ΦHC=ΦLarge+ΦNano (2)
其中,ΦLarge表示储层岩石中可流动大孔隙的孔隙度,ΦNano表示储层岩石中纳米孔隙的孔隙度。
进一步,将公式(2)变形,得到如下表达式:
ΦHC=ε·ΦHC+(1-ε)·ΦHC (3)
其中,ε表示储层岩石中可流动大孔隙所占有效孔隙的体积分数。
然后,为了计算修正后孔隙度参数中的可流动大孔隙的体积分数ε,先要针对岩石样品和非常规油气样品进行分子动力学模拟实验和室内实验,模拟出不同纳米孔隙尺寸对应的单位孔隙体积中存储的非常规油气分子数。由于非常规油气分子间吸附作用的影响,单位孔隙体积中的分子数逐渐减小,当孔径增大到一定程度后,单位孔隙体积中的分子数不再减小。这表明,分子吸附作用对孔隙尺寸较小的纳米孔隙的影响非常大,而对孔隙尺寸较大的孔隙影响很小,由此,可以确定区分流动受吸附影响的孔隙界限值。
在确定了孔隙界限值后,根据现有的岩石样品可以利用高压压汞、氮气吸附等方法,计算该样品中各孔径值的孔隙体积分数,从而根据上述已确定的孔隙界限值,将大于上述孔隙界限值的孔隙体积分数进行积分,即可得到储层岩石中非常规油气的可自由流动大孔隙所占有效体积的体积分数。需要说明的是,在本例中,在判断有效孔隙的类型时,需要满足如下规则:当孔隙尺寸大于或等于上述计算完成的孔隙界限值时,当前有效孔隙的类型属于可流动大孔隙;当孔隙尺寸小于孔隙界限值时,当前有效孔隙的类型属于纳米孔隙。
当计算出非常规油气的可自由流动大孔隙的体积分数后,利用非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙的储量计算公式,基于储层孔隙尺寸分布曲线,分别计算这两种孔隙中各尺寸孔隙的非常规油气的储量,并利用这些储量值绘制非常规油气储量随孔径变化关系图(参考图5)。
具体地,基于已知的岩石密度参数,将上述公式(2)、公式(3)除以岩石的密度,进一步利用如下表达式表示有效储层孔隙体积。
Vp,HC=Vp,Large+Vp,Nano (4)
Vp,HC=ε·Vp,HC+(1-ε)·Vp,HC (5)
其中,Vp,HC表示储层岩石的有效孔隙体积,Vp,Large表示储层岩石中可流动大孔隙的体积,Vp,Nano表示储层岩石中纳米孔隙的体积。需要说明的是,这三个孔隙体积的值可从图4的绘制过程中得到。
然后,对非常规油气的可自由流动大孔隙储量的计算进行详细说明。当有效孔隙类型为可流动大孔隙时,在确定上述储层岩石中有效孔隙的体积后,基于储层孔隙尺寸分布曲线,将可流动大孔隙按照不同孔隙尺寸划分为若干特定尺寸大孔隙区,得到每个特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/大孔隙的体积分数(参考图4),基于此,再根据所有可流动大孔隙中的非常规油气分子数,利用气体状态方程,得到各个特定尺寸大孔隙区的储量。需要说明的是,在本申请中,特定尺寸大孔隙区的划分是按照岩石样品中可流动大孔隙的不同孔隙尺寸进行划分的,将同一孔隙尺寸的可流动大孔隙归为一个特定尺寸大孔隙区,本申请对特定尺寸大孔隙区的划分原则不作具体限定,本领域技术人员可根据实际应用情况进行设计。
由于非常规油气是以吸附和游离状态为主要存在方式的,其成分以烃类分子为主。因此,在本例中,若计算存储在相同大小孔隙尺寸的有效孔隙的储量,可利用计算该尺寸有效孔隙中烃类分子的体积的方法得到,并用如下表达式表示:
其中,GLarge,j表示当前特定尺寸大孔隙区的非常规油气储量,εj表示当前特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙的体积分数,j表示当前特定尺寸大孔隙区的序号,nLarge表示单位体积内当前特定尺寸大孔隙区中非常规油气分子数(烃类分子数),Vj表示当前特定尺寸大孔隙区占所有大孔隙的体积分数,NA表示阿佛加德罗常数,R表示非常规油气的气体常数,TSC表示标准温度,pSC表示标准压力。需要说明的是,参数nLarge是通过标准压力和标准温度条件下的分子模拟过程计算得到的,等于非常规油气的可自由流动大孔隙中总的分子数NLarge(可从分子动力学模拟中获得)除以模拟的非常规油气的可自由流动大孔隙的总体积,其中,每吨岩石里的特定尺寸大孔隙区中非常规油气分子数等于εj×Vp,HC×nLarge×Vj/NA。
接下来,具体说明非常规油气的流动受影响的纳米孔隙储量的计算方法。在本例中,当孔隙类型为所述纳米孔隙时,该方法先模拟储层岩石中的纳米孔隙,基于不同的储层孔隙尺寸(储层孔隙尺寸分布曲线),将所有纳米孔隙划分为若干个特定尺寸纳米孔隙区,进一步计算每个特定尺寸纳米孔隙区的体积,并确定各个特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙的数量、以及相应区域内纳米孔隙中的非常规油气分子数,得到每个特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量。需要说明的是,在本申请中,特定尺寸纳米孔隙区的划分是按照岩石样品中纳米孔隙的不同孔隙尺寸进行划分的,将同一孔隙尺寸的纳米孔隙归为一个特定尺寸纳米孔隙区,本申请对特定尺寸纳米孔隙区的划分原则不作具体限定,本领域技术人员可根据实际应用情况进行设计。
下面针对特定尺寸纳米孔隙区储量的计算进行进一步说明。
首先,(参考图4)需要基于储层孔隙尺寸分布曲线,得到每个特定尺寸纳米孔隙区的体积,并利用如下表达式表示:
Vp,Nano,i=Vp,HC×VNano%,i/100 (7)
其中,Vp,Nano,i表示特定尺寸纳米孔隙区的体积,VNano%,i表示特定尺寸纳米孔隙区的孔隙体积分数。需要说明的是,针对不同的特定尺寸纳米孔隙区的体积分数可利用图4计算得到。
然后,确定各特定尺寸纳米孔隙区内所包含的纳米孔隙的数量,并利用如下表达式表示:
其中,ξi表示特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙的数量,V0,i表示特定尺寸纳米孔隙区内模拟出的单个纳米孔隙的体积。需要说明的是,在本申请针对纳米孔隙的模拟实验中,基于纳米孔隙的属性,纳米孔隙可以模拟为圆柱体、长方体、球形或其他形状,本申请对此不做限定。进一步,能够根据不同形状的计算公式,计算出每种纳米孔隙的体积。在本例中,纳米孔隙的形状模拟为圆柱体,则其孔隙体积为V0,i=πr2L,其中,r表示模拟出的纳米孔隙的底面半径,L表示模拟出的纳米孔隙的长度。
接着,根据上述针对纳米孔隙的模拟实验,能够确定每个特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙中的非常规油气分子数,从而得到特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙中烃类分子的体积,即完成针对特定尺寸纳米孔隙区储量的计算,并利用如下表达式计算特定尺寸纳米孔隙区的储量:
其中,NNano,i表示特定尺寸纳米孔隙区纳米孔隙中的非常规油气分子数。
当完成上述针对不同尺寸孔隙的储量计算后,基于孔隙直径分布规律,可绘制出不同孔径孔隙与非常规油气储量变化关系(参考图5)。而后,再次参考图1,进入到步骤S120中,根据各尺寸的孔隙里的非常规油气储量,利用气体状态方程,计算每个尺寸的孔隙里的非常规油气采出程度,从而完成针对不同尺寸的孔隙的采出程度的评价。
具体地,首先,用不同尺寸的碳纳米管(即把孔隙表示成管壁由碳原子组成的圆柱体)表征每一种孔隙尺寸,利用气体状态方程,分别模拟属于该尺寸的所有孔隙从原始地层压力降低到目标压力时的累积产气量,得到在当前目标压力下该尺寸的累积产气量,进一步按照上述方法计算不同孔径孔隙的累积产气量。
然后,对于不同孔径的孔隙,当压力由原始压力降低到某特定的目标压力时,将计算得到的当前累积产气量除以同种尺寸的孔隙的储量,得到在当前目标压力下针对该种尺寸的孔隙的采出程度,从而得到针对不同孔径孔隙的采出程度,完成了对应于不同尺寸孔隙采出程度的评价。
需要说明的是,本申请针对累积产气量和采出程度计算过程中的目标压力不作具体限定,本领域技术人员可根据实际需求对该参数进行调整和设定。
(一个示例)
下面以非常规油气中的页岩气为例,按照上述非常规油气储量计算方法,详细说明页岩储层中页岩气总储量的计算方法。
首先,根据页岩储层孔隙结构,将储层中的有效孔隙划分为页岩气可自由流动的大孔隙和页岩气流动受影响的纳米孔隙,并将上述公式(1)所示的页岩储层中的有效孔隙度参数进行修正,得到修正后的有效孔隙度(如公式2所示)。
然后,为了计算修正后孔隙度参数中的页岩气可自由流动的大孔隙的体积分数ε,先要确定区别页岩储层中页岩气可自由流动的大孔隙和页岩气流动受影响的纳米孔隙的孔隙界限值,利用如表1所示的流体组分的页岩气流体做计算。
表1页岩流体组分表(单位:%)
CH<sub>4</sub> | C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> | C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> | C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> | C<sub>5</sub>H<sub>12</sub> | N<sub>2</sub> | CO<sub>2</sub> | |
流体1 | 74.9 | 9.7 | 8.6 | 4.8 | 2.0 | - | - |
如表1所示,流体1中的烃类分子为有效孔隙中存储的页岩气。在实验过程中,为了表征纳米孔隙度中页岩流体的流动,通过分子动力学模拟,得到不同尺寸的孔隙里流动达到稳定时的分子个数。为了显示方便,将单位孔隙体积下的分子数除以阿佛加德罗常数,列在表2中。
表2纳米孔隙尺寸与单位孔隙体积的分子数的关系表
序号 | 纳米孔隙尺寸(单位:nm) | 单位孔隙体积下的分子数/阿佛加德罗常数 |
1 | 1.00 | 434.78 |
2 | 2.00 | 417.73 |
3 | 2.97 | 399.67 |
4 | 4.00 | 381.61 |
5 | 5.00 | 365.55 |
6 | 5.99 | 356.52 |
7 | 6.97 | 349.50 |
8 | 8.05 | 343.48 |
9 | 8.97 | 339.47 |
10 | 10.00 | 334.45 |
11 | 12.97 | 330.43 |
12 | 15.98 | 327.42 |
13 | 18.07 | 324.41 |
14 | 19.99 | 322.41 |
15 | 24.83 | 320.40 |
16 | 29.95 | 318.39 |
17 | 34.85 | 318.39 |
18 | 39.98 | 318.39 |
19 | 49.64 | 316.39 |
接着,根据表2绘制出流体1在单位孔隙体积中的页岩气气体分子数与孔径的关系图。图3为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的单位孔隙体积中页岩气气体分子数与孔径的关系图。结合图3、表2,根据分子间吸附原理,可得到分子吸附作用对孔径较小的页岩气流动受影响的纳米孔隙的影响非常大,而对孔径较大的孔隙影响很小,由此,可以确定区分流动受吸附影响的孔隙界限值。从表2中可以看出,流体1的孔隙界限值是30nm,即在小于30nm的孔隙中,判定有效孔隙类型为纳米孔隙,吸附作用对页岩气流动受影响的纳米孔隙中的流体1影响非常大。另外,当孔隙尺寸大于30nm时,判定有效孔隙类型为可流动大孔隙,由于其受吸附作用影响很小,在本例中,可将可流动大孔隙的分子数看作为近似不变,在获取特定尺寸大孔隙区的分子数时,无需通过模拟软件进行计算。
在本例中,当确定了孔隙界限值后,将页岩样品利用高压压汞法计算出该样品各孔径值的孔隙体积分数,从而得到表3。
表3页岩样品中各孔径尺寸的孔隙体积分数表
序号 | 孔隙尺寸(单位:nm) | 孔隙体积分数(单位:%) |
1 | 1 | 4.8 |
2 | 2 | 6.05 |
3 | 3 | 7.5 |
4 | 4 | 8.5 |
5 | 5 | 9.2 |
6 | 6 | 9.4 |
7 | 7 | 9.3 |
8 | 8 | 9.2 |
9 | 9 | 8.6 |
10 | 10 | 8 |
11 | 20 | 6 |
12 | 30 | 3.5 |
13 | 40 | 2.4 |
14 | 50 | 1.67 |
15 | 60 | 1.3 |
16 | 70 | 1.12 |
17 | 80 | 1.04 |
18 | 90 | 0.93 |
19 | 100 | 0.82 |
20 | 200 | 0.45 |
21 | 300 | 0.33 |
22 | 400 | 0.19 |
最后,再根据表3绘制出孔隙体积分数与孔径关系图。图4为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的储层孔隙尺寸分布曲线图。结合图4、表3,根据上述已确定的孔隙界限值,可将图4中大于该界限值的孔隙体积分数进行积分,即可得到上述页岩储层中页岩气可自由流动的大孔隙所占的体积分数ε。本例中,大孔隙体积分数为0.103,这表明可流动大孔隙的体积占有效孔隙体积比为10.3%,而纳米孔隙的体积占比为89.7%。
当计算出页岩气可流动大孔隙的体积分数后,需要利用大孔隙和纳米孔隙的储量计算公式,基于储层孔隙尺寸分布曲线,分别计算这两种孔隙中各尺寸孔隙的非常规油气的储量。
具体地,基于已知的岩石密度参数,将上述公式(2)、公式(3)除以岩石的密度,后得到新的可表示有效储层孔隙体积的公式(4)和公式(5)。其中,Vp,HC表示页岩储层的有效孔隙体积,Vp,Large表示页岩储层中页岩气可自由流动的大孔隙的体积,Vp,Nano表示页岩储层中页岩气流动受影响的纳米孔隙的体积。
然后,对页岩气可自由流动的大孔隙储量的计算方法进行详细说明。在确定了上述页岩储层中有效孔隙的体积后,将可流动大孔隙按照不同孔隙尺寸划分为若干特定尺寸大孔隙区,基于储层孔隙尺寸分布曲线,得到当前特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/大孔隙的体积分数,基于此,根据所有页岩气可自由流动的大孔隙中的页岩气分子数,利用状态方程,得到存储在当前特定尺寸大孔隙区的页岩气分子的体积,即当前特定尺寸大孔隙区的储量。在本例中,能够利用上述公式(6)计算出页岩气可自由流动的大孔隙的储量。其中,在公式(6)中,GLarge,j表示当前特定尺寸大孔隙区的非常规油气的储量,nLarge表示单位体积内当前特定尺寸大孔隙区中页岩气分子数,NA表示阿佛加德罗常数,R表示页岩气气体常数,TSC表示标准温度,pSC表示标准压力。需要说明的是,参数nLarge是通过标准压力和标准温度条件下的分子模拟过程计算得到的,其等于页岩气可自由流动大孔隙中总的页岩气分子数NLarge(可从分子动力学模拟中获得)除以模拟的页岩气可自由流动大孔隙的总体积,其中,每吨岩石里的特定尺寸大孔隙区中页岩气分子数等于εj×Vp,HC×nLarge×Vj/NA。
接着,具体说明页岩气流动受影响的纳米孔隙的计算方法。在本例中,页岩气流动受影响的纳米孔隙储量的计算更为复杂,该方法先模拟页岩储层中页岩气流动受影响的纳米孔隙,基于上述储层孔隙尺寸分布曲线,将所有页岩气流动受影响的纳米孔隙划分为若干个特定尺寸纳米孔隙区,计算每个特定尺寸纳米孔隙区的体积,确定每个特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙的数量、以及相应区域内纳米孔隙中的非常规油气分子数,得到每个特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量。
下面针对特定尺寸纳米孔隙区储量的计算进行进一步说明。
首先,参考图4,需要基于储层孔隙尺寸分布曲线中的数据,得到每个特定尺寸纳米孔隙区的体积,并利用公式(7)表示。其中,Vp,Nano,i表示特定尺寸纳米孔隙区的体积,VNano%,i表示特定尺寸纳米孔隙区的孔隙体积分数。
然后,确定各特定尺寸纳米孔隙区内所包含的纳米孔隙的数量,并利用公式(8)表示。其中,ξi表示特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙的数量,V0,i表示特定尺寸纳米孔隙区内模拟出的单个页岩气流动受影响的纳米孔隙的体积。在本例中,纳米孔隙的形状模拟为圆柱体,则其单个孔隙体积为V0,i=πr2L,其中,r表示模拟页岩气流动受影响的纳米孔隙的底面半径,L表示模拟页岩气流动受影响的纳米孔隙的长度。
接着,根据上述针对页岩气流动受影响的纳米孔隙的模拟实验,能够确定每个特定尺寸纳米孔隙区内页岩气流动受影响的纳米孔隙中的页岩气分子数,从而得到特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙中烃类分子的体积,即完成针对特定尺寸纳米孔隙区储量的计算,并利用上述公式(8)计算特定尺寸纳米孔隙区的储量。其中,NNano,i表示特定尺寸纳米孔隙区内页岩气流动受影响的纳米孔隙中的页岩气分子数。
图5为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的页岩气储量随孔径变化关系图,如图5所示,当完成上述针对不同孔径尺寸孔隙的储量的计算后,利用这些储量值绘制出非常规油气储量随孔径变化关系图。
接着,对不同孔径的孔隙用不同尺寸的碳纳米管表征(即把孔隙表示成管壁由碳原子组成的圆柱体),利用分子动力学,模拟计算从原始地层压力降低到某个特定的目标压力时的累积产气量。图6为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的页岩气累积产气量随孔径变化关系图。如图6所示,在本例中页岩气井原始地层压力为23MPa,利用分子动力学模拟计算出当压力分别降低到如下目标压力时的针对不同孔径尺寸的累积产气量。其中,本例中,上述目标压力分别为:17MPa、11MPa、5Mpa。
最后,对应于不同孔径的孔隙,当压力由原始压力降低到某特定的目标压力时,由计算得到的针对不同孔径孔隙的累积产气量除以从图5中获取的对应的同种孔径孔隙的储量,分别得到对应目标压力下不同孔径孔隙中的页岩气采出程度。图7为本申请实施例的非常规油气采出程度计算方法的页岩气采出程度随孔径变化关系图。如图7所示,对应于不同孔径的孔隙,当压力由原始压力23MPa分别降低到17MPa、11MPa、5Mpa的目标压力时,由图4中计算得到的某一目标压力中的某一孔径的累积产气量除以图3中的相同孔径值的储量,可以得到当前目标压力下该孔径孔隙的采出程度,进而完成不同孔径孔隙中的页岩气采出程度的评价。
另外,本申请还提出了一种非常规油气储量计算系统。
图8为本申请实施例的非常规油气采出程度计算系统结构示意图。如图8所示,该计算系统具备孔隙储量确定模块81和采出程度计算模块82。其中,孔隙储量确定模块81,其根据不同孔隙尺寸所属的有效孔隙类型的储量计算公式,计算不同尺寸的孔隙里的非常规油气储量,其中,有效孔隙类型包括非常规油气的可自由流动大孔隙(在以下对非常规油气采出程度计算系统的说明中,将“非常规油气的可自由流动大孔隙”简称为“可流动大孔隙”)和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙(在以下对非常规油气采出程度计算系统的说明中,将“非常规油气的流动受影响的纳米孔隙”简称为“纳米孔隙”)。
具体地,先对上述孔隙储量确定模块81进行说明。孔隙储量确定模块81,其按照计算过程分为如下单元:有效孔隙分类单元811、大孔隙储量计算单元812和纳米孔隙储量计算单元813。
在本例中,有效孔隙分类单元811,首先,将储层岩石中的孔隙进行分类,并分析有效孔隙的组成,修正孔隙度参数。通常,储层的孔隙划分为非常规油气可自由流动的大孔隙、流动受吸附气影响的纳米孔隙、水占用的孔隙、不可流动孔隙等若干类孔隙,并利用上述公式(1)进行表示。其中,在上述储层岩石的若干类孔隙中,由于能够存储非常规油气的孔隙为储层的有效孔隙,故可根据储层岩石的孔隙结构,将有效孔隙分为非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙,因此,将公式(1)按照孔隙结构进行分类后,得到上述简化后的公式(2)和公式(3),以完成对有效孔隙度参数的修正。然后,基于上述分析和修正结果,利用储层岩石中非常规油气分子间的吸附原理,通过分子动力学模拟法,计算区分可流动大孔隙与纳米孔隙的孔隙界限值,基于此判断有效孔隙类型。最后,该单元811,其基于孔隙尺寸与同一尺寸孔隙的体积分数的关系,绘制储层孔隙尺寸分布曲线,并根据孔隙界限值得到非常规油气的可自由流动大孔隙的体积分数并判断有效孔隙类型。在完成孔隙界限值计算后,按照图4所示的数据内容将大于孔隙界限值的孔隙体积分数进行积分,即可获得储层岩石中大孔隙所占有效孔隙的体积分数。其中,当孔隙尺寸大于或等于孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于可流动大孔隙;当孔隙尺寸小于孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于纳米孔隙。
大孔隙储量计算单元812,其当有效孔隙类型为可流动大孔隙时,将可流动大孔隙按照不同孔隙尺寸划分为若干特定尺寸大孔隙区,基于储层孔隙尺寸分布曲线,得到每个特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/可流动大孔隙的体积分数,进一步利用储层岩石的有效孔隙体积、各个特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/可流动大孔隙的体积分数、所有可流动大孔隙中非常规油气分子数,得到每个特定尺寸大孔隙区的储量。具体地,基于已知的岩石密度参数,将上述公式(2)、公式(3)除以岩石的密度,得到公式(4)和公式(5),基于此,并结合图2计算出有效储层孔隙体积。当确定了上述页岩储层中有效孔隙的体积后,根据有效孔隙体积以及所有可流动大孔隙中非常规油气分子数,再次利用状态方程,得到存储在大孔隙中的烃类分子的体积,从而运用公式(6)计算出非常规油气的可自由流动大孔隙的储量。
在纳米孔隙储量计算单元813中,该单元813模拟储层孔隙中非常规油气的流动受影响的纳米孔隙,基于不同的储层孔隙尺寸(储层孔隙尺寸分布曲线),将储层中所有纳米孔隙划分为若干个特定尺寸纳米孔隙区,进一步,计算每个特定尺寸纳米孔隙区的体积,确定各个特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙的数量、以及相应区域内纳米孔隙中的非常规油气分子数,得到各个特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量。具体地,先基于如图4所示的储层孔隙尺寸分布曲线中的各孔隙体积分数,按照上述公式(7)得到每个特定尺寸纳米孔隙区的体积;而后,利用公式(8)确定各特定尺寸纳米孔隙区内纳米孔隙的数量,并通过实验获取相应区域内纳米孔隙中的非常规油气分子数,通过上述公式(9),进一步得到特定尺寸纳米孔隙区的储量。
再次参考图8,下面针对采出程度计算模块82进行说明。采出程度计算模块82,其根据各尺寸的孔隙里的非常规油气储量,利用气体状态方程,计算每个尺寸的孔隙里的非常规油气采出程度,从而完成针对不同尺寸的孔隙的采出程度的评价。具体地,该模块82包括累积产气量计算单元821和采出结果输出单元822。
在累积产气量计算单元821中,其用不同尺寸的碳纳米管表征每一种孔隙尺寸,利用分子动力学,分别模拟属于该尺寸的所有孔隙从原始地层压力降低到目标压力时的累积产气量,绘制出如图6所示的页岩气累积产气量随孔径变化关系图。
采出结果输出单元822,其将从累积产气量计算单元821中得到的当前目标压力下的累积产气量与从大孔隙储量计算单元812和/或纳米孔隙储量计算单元813获得的同一孔径孔隙的储量作除法运算,得到针对该种尺寸的孔隙的采出程度,进一步,将上述数据汇总后,得到针对不同孔径孔隙的采出程度。
本发明提出了一种考虑纳米孔隙的非常规油气的采出程度计算方法,修正了有效孔隙度参数,将储层孔隙分为非常规油气能自由流动的大孔隙、流动受吸附气影响的纳米孔隙,并针对这两种孔隙中的每种孔隙尺寸分别计算储量,进而得到特定目标压力下的不同孔径孔隙的采出程度,不再仅参考单一参数的直接计算孔隙度,使得采出程度的计算结果更加精确,对储层岩石采出程度的评价具有重要作用。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种非常规油气采出程度计算方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
孔隙储量确定步骤,根据不同孔隙尺寸所属的有效孔隙类型的储量计算公式,计算不同尺寸的孔隙里的非常规油气储量,所述有效孔隙类型包括非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙;
采出程度计算步骤,根据各尺寸的孔隙里的非常规油气储量,利用气体状态方程,计算每个尺寸的孔隙里的非常规油气采出程度,从而完成针对不同尺寸的孔隙的采出程度的评价。
2.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于,所述采出程度计算步骤进一步包括:
用不同尺寸的碳纳米管表征每一种孔隙尺寸,分别模拟属于该尺寸的所有孔隙从原始地层压力降低到目标压力时的累积产气量;
将当前的所述累积产气量与同种尺寸的孔隙的储量作除法运算,得到针对该种尺寸的孔隙的采出程度。
3.根据权利要求1或2所述的计算方法,其特征在于,所述孔隙储量确定步骤进一步包括:
利用储层孔隙中非常规油气分子间的吸附原理,通过分子动力学模拟法,确定区别所述大孔隙和所述纳米孔隙的孔隙界限值,基于此判断有效孔隙类型,其中,
当孔隙尺寸大于或等于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述大孔隙,
当孔隙尺寸小于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述纳米孔隙。
4.根据权利要求3所述的计算方法,其特征在于,所述孔隙储量确定步骤,进一步包括:
当有效孔隙类型为所述大孔隙时,将所述大孔隙按照不同孔隙尺寸划分为若干特定尺寸大孔隙区,基于储层孔隙尺寸分布曲线,得到每个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数;
利用储层岩石的有效孔隙体积、各个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数、所有所述大孔隙中非常规油气分子数,得到每个所述特定尺寸大孔隙区的储量。
5.根据权利要求4所述的计算方法,其特征在于,在所述孔隙储量确定步骤中,利用如下表达式计算当前所述特定尺寸大孔隙区的非常规油气储量:
其中,GLarge,j表示所述特定尺寸大孔隙区的非常规油气储量,εj表示所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙的体积分数,j表示所述特定尺寸大孔隙区的序号,Vp,HC表示储层岩石中所述有效孔隙的总体积,nLarge表示单位体积内所述特定尺寸大孔隙区中的非常规油气分子数,Vj表示所述特定尺寸大孔隙区占所有所述大孔隙的体积分数,NA表示阿佛加德罗常数,R表示非常规油气的气体常数,TSC表示标准温度,pSC表示标准压力。
6.根据权利要求3所述的计算方法,其特征在于,在所述孔隙储量确定步骤中,进一步包括:
当有效孔隙类型为所述纳米孔隙时,模拟储层岩石中的所述纳米孔隙,基于不同的储层孔隙尺寸,将所有所述纳米孔隙划分为若干个特定尺寸纳米孔隙区;
计算每个所述特定尺寸纳米孔隙区的体积,确定各个所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙的数量、以及相应区域内所述纳米孔隙中的非常规油气分子数,得到各个所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量。
7.根据权利要求6所述的计算方法,其特征在于,在所述孔隙储量确定步骤中,利用如下表达式计算当前所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量:
其中,GNano,i表示所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量,NNano,i表示所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙中的非常规油气分子数,i表示所述特定尺寸纳米孔隙区的序号,NA表示阿佛加德罗常数,R表示非常规油气的气体常数,TSC表示标准温度,pSC表示标准压力,ξi表示所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙的数量。
8.一种非常规油气采出程度计算系统,其特征在于,该系统包括如下模块:
孔隙储量确定模块,其根据不同孔隙尺寸所属的有效孔隙类型的储量计算公式,计算不同尺寸的孔隙里的非常规油气储量,所述有效孔隙类型包括非常规油气的可自由流动大孔隙和非常规油气的流动受影响的纳米孔隙;
采出程度计算模块,其根据各尺寸的孔隙里的非常规油气储量,利用气体状态方程,计算每个尺寸的孔隙里的非常规油气采出程度,从而完成针对不同尺寸的孔隙的采出程度的评价。
9.根据权利要求8所述的计算系统,其特征在于,所述采出程度计算模块包括:
累积产气量计算单元,其用不同尺寸的碳纳米管表征每一种孔隙尺寸,分别模拟属于该尺寸的所有孔隙从原始地层压力降低到目标压力时的累积产气量;
采出结果输出单元,其将当前的所述累积产气量与同种尺寸的孔隙的储量作除法运算,得到针对该种尺寸的孔隙的采出程度。
10.根据权利要求8或9所述的计算系统,其特征在于,所述储量计算模块进一步包括:
有效孔隙分类单元,其利用储层孔隙中非常规油气分子间的吸附原理,通过分子动力学模拟法,确定区别所述大孔隙和所述纳米孔隙的孔隙界限值,基于此判断有效孔隙类型,其中,当孔隙尺寸大于或等于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述大孔隙,当孔隙尺寸小于所述孔隙界限值时,当前有效孔隙类型属于所述纳米孔隙;
大孔隙储量计算单元,其当有效孔隙类型为所述大孔隙时,将所述大孔隙按照不同孔隙尺寸划分为若干特定尺寸大孔隙区,基于储层孔隙尺寸分布曲线,得到每个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数,进一步利用储层岩石的有效孔隙体积、各个所述特定尺寸大孔隙区占所有有效孔隙/所述大孔隙的体积分数、所有所述大孔隙中非常规油气分子数,得到每个所述特定尺寸大孔隙区的储量;
纳米孔隙储量计算单元,其当有效孔隙类型为所述纳米孔隙时,模拟储层岩石中的所述纳米孔隙,基于不同的储层孔隙尺寸,将所有所述纳米孔隙划分为若干个特定尺寸纳米孔隙区,进一步,计算每个所述特定尺寸纳米孔隙区的体积,确定各个所述特定尺寸纳米孔隙区内所述纳米孔隙的数量、以及相应区域内所述纳米孔隙中的非常规油气分子数,得到各个所述特定尺寸纳米孔隙区的非常规油气储量。
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