CN112081581B - 用于同心配水器的电动分层测压工具 - Google Patents

Abstract

为了解决同心配水器无法长时间监测地层恢复压的问题，本发明提供一种用于同心配水器的电动分层测压工具，包括定位触发机构、压力温度测量机构、分层密封机构、电动驱动机构、筒体、外护筒、滑动套，定位触发机构设置在筒体的上端，筒体的上侧外部套设外护筒，并且外护筒的上端与定位触发机构连接，下端与套设在筒体外部的滑动套连接，筒体内由上到下依次设置压力温度测量机构、电动驱动机构，分层密封机构套设在筒体中间的外部，筒体上设置用于将流体引入筒体内腔体的连通孔，通过滑动套的上下滑动控制连通孔的闭合或者开启。本发明具有电动、机械双重解封功能，卡井风险低，防止误触发，能够投放至井下单独进行长期测试，不需要挂接电缆或钢丝。

Description

用于同心配水器的电动分层测压工具

技术领域

本发明属于石油井下压力监测领域，具体涉及一种用于同心配水器的电动分层测压工具。

背景技术

目前，同心配水器已被各大油田认可和接受，并已投入批量使用，很好的支撑了油田细化分层注水工艺的发展；以同心配水器为基础又相继开发出同心测调、同心验封等配套工具，有效的支撑了同心配水器在油田的进一步推广；但同心配水器配套工具仍不完善，目前仍没有合适的分层测压工具来监测注水地层的恢复压。

同心配水器内壁上没有压力计仓，因此必须采用专用测试工具坐封后进行测试；目前同心配水器内的密封段类仪器只有直读式同心验封仪，验封仪采用的胶筒为皮囊式的胶筒，利用自密封原理进行密封，初始密封形成后高压侧液体通过进液孔进入到胶筒内侧，使其紧贴配水器内侧保持密封状态；但这种结构只能密封高压的单方向压差，且密封压差小，受温度影响大，并不适用于长期的分层压力测试应用，另外验封仪为电缆下井，若长期测试将使电缆测井车在井口停留十几甚至几十天，严重浪费资源。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于同心配水器的电动分层测压工具。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种用于同心配水器的电动分层测压工具，该工具包括定位触发机构、压力温度测量机构、分层密封机构、电动驱动机构、筒体、外护筒、滑动套，所述定位触发机构设置在筒体的上端，所述筒体的上侧外部套设外护筒，并且所述外护筒的上端与定位触发机构连接，下端与套设在筒体外部的滑动套连接，所述筒体内由上到下依次设置用于测量地层压力和温度的压力温度测量机构、用于向分层密封机构提供密封和解封压力的电动驱动机构，所述分层密封机构套设在筒体中间的外部，所述分层密封机构用于对同心配水器的注水孔的上下位置进行密封，所述筒体上设置用于将流体引入筒体内腔体的连通孔，通过所述滑动套的上下滑动控制连通孔的闭合或者开启。

上述方案中，所述定位触发机构包括打捞头、凸轮、凸轮扳手、定位爪、定位筒、锁定钢球、阻尼钢球，所述打捞头的下端与外护筒连接，所述定位筒设置在打捞头下端，并且所述定位筒下侧中间设置有用于安装凸轮的槽孔，所述外护筒上侧套设在定位筒和定位爪的外部，下侧套设在筒体的上侧，所述定位爪设置两个并且上端分别位于凸轮下部的轴向两侧，两个所述定位爪之间通过偏心设置的第一弹簧连接，所述锁定钢球设置在定位筒和外护筒之间的圆孔内，所述锁定钢球用于锁定定位筒和外护筒，所述阻尼钢球设置在定位筒和凸轮之间的圆孔内，所述阻尼钢球用于限制凸轮的转动，所述阻尼钢球与圆孔的端部之间设置第二弹簧，所述凸轮扳手通过第三弹簧设置在凸轮一侧并且延伸到外护筒的外部。

上述方案中，所述凸轮的轴向两侧面中，每个侧面下部均设置有相邻的第一限位槽、第二限位槽，并且所述第一限位槽的深度小于第二限位槽，通过深度不同的第一限位槽和第二限位槽与两个定位爪的上端配合实现定位爪的回收和打开。

上述方案中，所述凸轮的轴向两个侧面中，每个侧面上部均设置有第三限位槽，所述第三限位槽用于在凸轮向下转动时，所述锁定钢球向其移动解除定位筒和外护筒的限位。

上述方案中，所述压力温度测量机构包括第一压力探头、第二压力探头、压力计电路板，所述压力计电路板上设置有温度传感器，所述第一压力探头用于通过筒体上的第一导压孔测量在分层密封机构密封注水孔上下位置后的地层压力，所述第二压力探头用于测量分层密封机构上侧的压力，所述第一压力探头、第二压力探头均与压力计电路板连接。

上述方案中，所述分层密封机构包括上胶筒、上推力环、下胶筒、下推力环，所述上胶筒和下胶筒分别套设在筒体中间区域的上下两侧，所述上推力环套设在筒体上并且位于上胶筒下侧，所述下推力环套设在筒体上并且位于下胶筒下侧；所述筒体与上推力环之间设置第一过流孔，所述第一过流孔用于在腔体中的流体受到压力后注入，并且注入的流体对上推力环施加向上的压力，所述筒体与下推力环之间设置第二过流孔，所述第二过流孔用于在腔体中的流体受到压力后注入，并且注入的流体对下推力环施加向上的压力。

上述方案中，所述上胶筒和下胶筒为压缩式实心胶筒，并且内侧均设置有衬环。

上述方案中，所述电动驱动机构包括驱动电机、控制电路、电池组、传动丝杠、推动杆，所述驱动电机的输出端通过传动丝杠与推动杆连接，所述推动杆设置在筒体的腔体内，所述推动杆用于通过驱动电机的驱动对腔体内的流体施加或者撤回压力，所述控制电路与驱动电机连接，所述控制电路用于在预设的时间内控制驱动电机定时正反转，所述电池组与驱动电机、压力温度测量机构连接，所述电池组用于向驱动电机、压力温度测量机构提供电源。

与现有技术相比，本发明具有电动、机械双重解封功能，卡井风险低，防止误触发，能够投放至井下单独进行长期测试，不需要挂接电缆或钢丝，节约了设备资源。

附图说明

图1是本发明实施例提供一种用于同心配水器的电动分层测压工具的正向结构组成示意图。

图2是图1中A-A向剖视图。

图3是本发明实施例提供一种用于同心配水器的电动分层测压工具中定位触发机构的结构示意图。

图4是本发明实施例提供一种用于同心配水器的电动分层测压工具中凸轮的结构示意图。

图5是图1中Ⅰ区域的局部放大图。

图6是图2中Ⅱ区域的局部放大图。

图7是图2中Ⅲ区域的局部放大图。

图中，1-定位触发机构、2-压力温度测量机构、3-分层密封机构、4-电动驱动机构、5-筒体、6-外护筒、7-滑动套、11-打捞头、12-凸轮、13-凸轮扳手、14-定位爪、15-定位筒、16-锁定钢球、17-阻尼钢球、121-第一限位槽、122-第二限位槽、123-第三限位槽、21-第一压力探头、22-第二压力探头、23-压力计电路板、31-上胶筒、32-上推力环、33-下胶筒、34-下推力环、35-衬环、41-驱动电机、42-控制电路、43-电池组、44-传动丝杠、45-推动杆、51-腔体、52-连通孔、53-第一导压孔、54-第一过流孔、55-第二过流孔。

具体实施方式

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种用于同心配水器的电动分层测压工具，如图1-7所示，该工具包括定位触发机构1、压力温度测量机构2、分层密封机构3、电动驱动机构4、筒体5、外护筒6、滑动套7，所述定位触发机构1设置在筒体5的上端，所述筒体5的上侧外部套设外护筒6，并且所述外护筒6的上端与定位触发机构1连接，下端与套设在筒体5外部的滑动套7连接，所述筒体5内由上到下依次设置用于测量地层压力和温度的压力温度测量机构2、用于向分层密封机构3提供密封和解封压力的电动驱动机构4，所述分层密封机构3套设在筒体5中间的外部，所述分层密封机构3用于对同心配水器的注水孔的上下位置进行密封，所述筒体5上设置用于将流体引入筒体5内腔体51的连通孔52，通过所述滑动套7的上下滑动控制连通孔52的闭合或者开启。

所述筒体5采用一个较长的缸筒，或者由若干个缸筒依次连接组成。

如图3所示，所述定位触发机构1包括打捞头11、凸轮12、凸轮扳手13、定位爪14、定位筒15、锁定钢球16、阻尼钢球17，所述打捞头11的下端与外护筒6连接，所述定位筒15设置在打捞头11下端，并且所述定位筒15下侧中间设置有用于安装凸轮12的槽孔，所述外护筒6上侧套设在定位筒15和定位爪14的外部，下侧套设在筒体5的上侧，所述定位爪14设置两个并且上端分别位于凸轮12下部的轴向两侧，两个所述定位爪14之间通过偏心设置的第一弹簧连接，所述锁定钢球16设置在定位筒15和外护筒6之间的圆孔内，所述锁定钢球16用于锁定定位筒15和外护筒6，所述阻尼钢球17设置在定位筒15和凸轮12之间的圆孔内，所述阻尼钢球17用于限制凸轮12的转动，所述阻尼钢球17与圆孔的端部之间设置第二弹簧，所述凸轮扳手13通过第三弹簧设置在凸轮12一侧并且延伸到外护筒6的外部。

如图4所示，所述凸轮12的轴向两侧面中，每个侧面下部均设置有相邻的第一限位槽121、第二限位槽122，并且所述第一限位槽121的深度小于第二限位槽122，通过深度不同的第一限位槽121和第二限位槽122与两个定位爪14的上端配合实现定位爪14的回收和打开。

所述外护筒6在两个定位爪14的下端对应位置设置开槽，这样，在两个定位爪14的上端处于第二限位槽122时，两个定位爪14打开能够卡在配水器上端定位台阶上。

如图4所示，所述凸轮12的轴向两侧面中，每个侧面上部均设置有第三限位槽123，所述第三限位槽123用于在凸轮12向下转动时，使锁定钢球16在圆孔内向凸轮12移动，解除定位筒15和外护筒6的限位。

具体地，所述打捞头11用于与投捞工具对接进行投放和打捞，打捞头11下端通过螺纹连接外护筒6，外护筒6内侧装有定位筒15。

所述凸轮12的轴向两侧个侧面中，每个侧面下部均开有较浅的第一限位槽121和较深的第二限位槽122，每个侧面上部开有第三限位槽123。

当凸轮12处于图2所示位置时，定位爪14上端卡在较浅的第一限位槽121内，此时凸轮12只能向下转动，同时在凸轮12上的圆孔内安装有阻尼钢球17，在弹簧的作用下阻尼钢球17顶在定位筒15左侧的圆孔内，为凸轮12的转动添加一定的阻力，防止下井过程中的振动磕碰造成凸轮12误转动。

所述定位筒15右侧靠上端位置开有另外一个圆孔，内部安装有锁定钢球16，当凸轮12处于图2示位置时，所述锁定钢球16将外护筒6和定位筒15的相对位置锁死，使两者不能相对移动，这时，所述连通孔52打开，油管内的流体通过连通孔52注入到筒体5的腔体51内。

如图5所示，所述外护筒6的上下移动带动滑动套7的上下滑动，所述滑动套7的上下滑动控制连通孔52的闭合或者开启。

如图6所示，所述凸轮12上安装有凸轮扳手13，凸轮扳手13相对于凸轮12只能向上转动，且下井时凸轮扳手13在油管内壁接触点相对于其旋转中心上扬一定角度β，保证下放时磕碰只能使凸轮扳手13上翻，不会造成凸轮12的误转动。

当仪器在油管内上移通过配水器时，凸轮扳手13遇阻带动凸轮12向下转动；凸轮12上较深的第二限位槽122对准定位爪14上端，定位爪14在弹簧力作用下向外侧张开；同时第三限位槽123对准锁定钢球16，使锁定钢球16能够向仪器中轴线移动，此时外护筒6和定位筒15的锁定被解除，可以相对移动，这时，滑动套7与外护筒6通过螺纹连接，两者可以同时上下移动，当滑动套7下移时，将盖住连通孔52两侧的密封圈，将连通孔52密封，腔体51被封死；当滑动套7上移时，露出连通孔52，腔体51与外界连通。

如图7所示，所述压力温度测量机构2包括第一压力探头21、第二压力探头22、压力计电路板23，在压力计电路板23上设置有温度传感器，所述第一压力探头21用于通过筒体5上的第一导压孔53测量分层密封机构3密封注水孔上下位置后的地层压力，所述第二压力探头22用于测量分层密封机构3上侧的压力，所述第一压力探头21、第二压力探头22均与压力计电路板23连接。

具体地，下井之后，第一压力探头21、第二压力探头22、温度传感器开始工作，采集对应位置的压力和温度。

如图7所示，所述分层密封机构3包括上胶筒31、上推力环32、下胶筒33、下推力环34，所述上胶筒31和下胶筒33分别套设在筒体5中间区域的上下两侧，所述上推力环32套设在筒体5上并且位于上胶筒31下侧，所述下推力环34套设在筒体5上并且位于下胶筒33下侧；所述筒体5与上推力环32之间设置第一过流孔54，所述第一过流孔54用于在腔体51中的流体受到压力后注入，并且注入的流体对上推力环32施加向上的压力，所述筒体5与下推力环34之间设置第二过流孔55，所述第二过流孔55用于在腔体51中的流体受到压力后注入，并且注入的流体对下推力环34施加向上的压力。

所述上胶筒31和下胶筒33为压缩式实心胶筒，密封性能更好，并且内侧均安装有衬环35，在上胶筒31和下胶筒33变形时，能够起到引导变形和增加压缩率的作用，提高密封效果。

具体地，所述上推力环32和下推力环34内侧通过第一过流孔54和第二过流孔55与腔体51连通。

所述腔体51被封死后，在电动驱动机构4的作用下，腔体51内流体产生压力，流体通过第一过流孔54和第二过流孔55注入到上推力环32和下推力环34对应的间隙内，分别对上推力环32和下推力环34产生向上的推力，所述上推力环32和下推力环34向上移动过程中，分别对上胶筒31和下胶筒33施加压力，使得上胶筒31和下胶筒33发生变形膨胀，最终与油管内壁抵接，实现注水孔的上下位置的密封。

解封时，在电动驱动机构4的作用下，腔体51内流体压力被撤回，上推力环32和下推力环34向下移动复位，所述上胶筒31和下胶筒33在丧失压力后，缩回原状复位。

如图1、2所示，所述电动驱动机构4包括驱动电机41、控制电路42、电池组43、传动丝杠44、推动杆45，所述驱动电机41的输出端通过传动丝杠44与推动杆45连接，所述推动杆45设置在筒体5的腔体51内，所述推动杆45用于通过驱动电机41的驱动对腔体51内的流体施加或者撤回压力，所述控制电路42与驱动电机41连接，所述所述控制电路42用于在预设的时间内控制驱动电机41定时正反转，所述电池组43与驱动电机41、压力温度测量机构2连接，所述电池组43用于向驱动电机41、压力温度测量机构2向驱动电机41、压力温度测量机构2提供电源。

具体地，所述驱动电机41通过联轴器与传动丝杠44连接并带动其转动，进而带动推动杆45上下往复移动。

当推动杆45向上移动深入腔体51内，且连通孔52处于封闭状态时，压缩腔体51内的流体，流体产生压力，分别通过第一过流孔54和第二过流孔55注入，推动上推力环32和下推力环34向上移动，分别压缩上胶筒31和下胶筒33进行密封，并将推力大幅放大；

当推动杆45向下移动，且连通孔52处于封闭状态时，腔体51内的流体丧失压力，由于抽吸作用将使上推力环32和下推力环34恢复原位，上胶筒31和下胶筒33不在被挤压，并且恢复原状，仪器解封。

若电动解封失效即电动驱动机构4故障时，上提仪器同时滑动套7上移，将连通孔52打开，腔体51与外界连通，这时，腔体51内的流体丧失压力，上推力环32和下推力环34不再有压差推力，上胶筒31和下胶筒33自然解封，并且恢复原状，仪器解封，保证了仪器不会卡井。

本发明的工作过程：

工具下井时，上端打捞头11连接投捞器和加重杆，采用钢丝通过防喷管下井，两个定位爪14卡在凸轮12上较浅的第一限位槽121上，处于回收状态。

凸轮扳手13在遇阻或者在油管内壁上磕碰时由于β角的存在将向上翻转，不会给凸轮12向下的翻转力，避免凸轮意外转动，同时安装在凸轮12上的阻尼钢球17在弹簧作用下顶紧在定位筒15上的圆孔内，也起到防止凸轮12意外转动的作用。

外护筒6与定位筒15通过锁定钢球16锁死在一起，避免外护筒6意外滑动，凸轮12将锁定钢球16顶死；井下流体将通过长条形的连通孔52充满腔体51，并将空气排出。

待该工具下到配水器下部时，上提仪器串，由于配水器内部通道为46mm，远小于油管内径，凸轮扳手13将被向下压动，带动凸轮12向下旋转，此时，凸轮12上较深的第二限位槽122对准定位爪14上端，定位爪14张开；同时凸轮12上的第三限位槽对准了锁定钢球16，此时锁定钢球16可以移动，外护筒6和定位筒15的相对锁定被解除。

继续上提仪器串，然后迅速下放，定位爪14卡在配水器上端定位台阶上，外护筒6和连接在上面的滑动套7在仪器上端加重的作用下向下移动，移动后滑动套7盖住连通孔52两侧的密封圈，将连通孔52密封，此时机械解封机构复位。

待设定的时间到达后，驱动电机41在控制电路42的控制及电池组43的供电下，带动传动丝杠44开始转动，推动杆45向上移动，并压缩腔体51内的流体，流体产生压力，流体分别通过第一过流孔54和第二过流孔55注入到上推力环32和下推力环34内侧，并推动它们向上移动，压缩上胶筒31和下胶筒33。

由于上推力环32和下推力环34的充液面积远远大于推动杆45插入腔体51的截面积，驱动电机41传动给推动杆45的推力被大幅放大，使变形膨胀后的上胶筒31和下胶筒33贴紧配水器内壁并形成初始密封成为可能。上下胶筒与配水器的内壁形成密封后，将配水器注水孔封隔在两个胶筒之间，与油管内部空间隔离。

注水孔处压力地层压力通过第一导压孔53传递到第一压力探头21并测量，油管内压力由第二压力探头22测量，同时在压力计电路板23上安装有温度传感器，记录两组压力数据和一组温度数据。

所述上胶筒31和下胶筒33内侧均安装有三角形的衬环35，在上下胶筒受压变形时起到变形导向和增加压缩率的作用，增强密封效果。

待设定时间到达，驱动电机41反转，推动杆45逐步回到初始位置，上推力环32和下推力环34在推动杆45的抽吸作用下也回到初始位置，上胶筒31和下胶筒33在自身弹性下恢复初始形状，仪器完成解封；用钢丝下放打捞工具与打捞头11对接，之后上提将仪器起出地面。

如果驱动电机41或控制电路42等部分故障使电动解封失败，在打捞上提的过程中，外护筒6和滑动套7向上移动，将连通孔52打开，此时腔体51与油管内连通，将不再有压差力作用在上推力环32和下推力环34内侧，所述上胶筒31和下胶筒33将在自身弹性下，推动上推力环32和下推力环34复位，上胶筒31和下胶筒33自身也恢复原状，完成机械解封，保证不会卡井。

仪器起出地面后对存储的压力温度数据进行回放并分析，将外护筒6和凸轮12复位，保养后即可再次下井。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于同心配水器的电动分层测压工具，其特征在于，该工具包括定位触发机构、压力温度测量机构、分层密封机构、电动驱动机构、筒体、外护筒、滑动套，所述定位触发机构设置在筒体的上端，所述筒体的上侧外部套设外护筒，并且所述外护筒的上端与定位触发机构连接，下端与套设在筒体外部的滑动套连接，所述筒体内由上到下依次设置用于测量地层压力和温度的压力温度测量机构、用于向分层密封机构提供密封和解封压力的电动驱动机构，所述分层密封机构套设在筒体中间的外部，所述分层密封机构用于对同心配水器的注水孔的上下位置进行密封，所述筒体上设置用于将流体引入筒体内腔体的连通孔，通过所述滑动套的上下滑动控制连通孔的闭合或者开启；当受重力冲击触发后所述外护筒和滑动套下移将连通孔密封；所述电动驱动机构包括驱动电机、控制电路、电池组、传动丝杠、推动杆，所述驱动电机的输出端通过传动丝杠与推动杆连接，所述推动杆设置在筒体的腔体内，所述推动杆用于通过驱动电机的驱动对腔体内的流体施加或者撤回压力，所述控制电路与驱动电机连接，所述控制电路用于在预设的时间内控制驱动电机定时正反转，所述电池组与驱动电机、压力温度测量机构连接，所述电池组用于向驱动电机、压力温度测量机构提供电源；所述驱动电机在控制电路的控制及电池组的供电下，带动传动丝杠开始转动，推动杆向上移动，并压缩腔体内的流体，流体产生压力，流体分别通过第一过流孔和第二过流孔注入到上推力环和下推力环内侧，并推动它们向上移动，压缩上胶筒和下胶筒。

2.根据权利要求1所述的用于同心配水器的电动分层测压工具，其特征在于，所述定位触发机构包括打捞头、凸轮、凸轮扳手、定位爪、定位筒、锁定钢球、阻尼钢球，所述打捞头的下端与外护筒连接，所述定位筒设置在打捞头下端，并且所述定位筒下侧中间设置有用于安装凸轮的槽孔，所述外护筒上侧套设在定位筒和定位爪的外部，下侧套设在筒体的上侧，所述定位爪设置两个并且上端分别位于凸轮下部的轴向两侧，两个所述定位爪之间通过偏心设置的第一弹簧连接，所述锁定钢球设置在定位筒和外护筒之间的圆孔内，所述锁定钢球用于锁定定位筒和外护筒，所述阻尼钢球设置在定位筒和凸轮之间的圆孔内，所述阻尼钢球用于限制凸轮的转动，所述阻尼钢球与圆孔的端部之间设置第二弹簧，所述凸轮扳手通过第三弹簧设置在凸轮一侧并且延伸到外护筒的外部。

3.根据权利要求2所述的用于同心配水器的电动分层测压工具，其特征在于，所述凸轮的轴向两个侧面中，每个侧面下部均设置有相邻的第一限位槽、第二限位槽，并且所述第一限位槽的深度小于第二限位槽，通过深度不同的第一限位槽和第二限位槽与两个定位爪的上端配合实现定位爪的回收和打开。

4.根据权利要求3所述的用于同心配水器的电动分层测压工具，其特征在于，所述凸轮的轴向两个侧面中，每个侧面上部均设置有第三限位槽，所述第三限位槽用于在凸轮向下转动时，所述锁定钢球向其移动解除定位筒和外护筒的限位。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于同心配水器的电动分层测压工具，其特征在于，所述压力温度测量机构包括第一压力探头、第二压力探头、压力计电路板，所述压力计电路板上设置有温度传感器，所述第一压力探头用于通过筒体上的第一导压孔测量在分层密封机构密封注水孔上下位置后的地层压力，所述第二压力探头用于测量分层密封机构上侧的压力，所述第一压力探头、第二压力探头均与压力计电路板连接。

6.根据权利要求5所述的用于同心配水器的电动分层测压工具，其特征在于，所述分层密封机构包括上胶筒、上推力环、下胶筒、下推力环，所述上胶筒和下胶筒分别套设在筒体中间区域的上下两侧，所述上推力环套设在筒体上并且位于上胶筒下侧，所述下推力环套设在筒体上并且位于下胶筒下侧；所述筒体与上推力环之间设置第一过流孔，所述第一过流孔用于在腔体中的流体受到压力后注入，并且注入的流体对上推力环施加向上的压力，所述筒体与下推力环之间设置第二过流孔，所述第二过流孔用于在腔体中的流体受到压力后注入，并且注入的流体对下推力环施加向上的压力。

7.根据权利要求6所述的用于同心配水器的电动分层测压工具，其特征在于，所述上胶筒和下胶筒均为压缩式实心胶筒，并且内侧均设置有衬环。

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