CN112502662B - 一种固井车用多功能计量水罐 - Google Patents

一种固井车用多功能计量水罐 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固井车用多功能计量水罐，计量水罐罐体的上方设置有回油管路，所述计量水罐罐体通过隔板Ⅰ将罐体分隔成区域A和区域B两部分，区域A和区域B内壁的角落分别设置有液位计Ⅰ和液位计Ⅱ，注水管线的垂直方向设置有溢流管，所述计量水罐罐体内部由隔板Ⅱ分隔出独立区域C，区域C设置在区域A和区域B的分隔线上，独立区域C内设置有循环冷却泵和动力端润滑系统，区域C的外壁上靠近区域A的一边设置有溢水盘Ⅰ和旋开阀Ⅰ，靠近区域B的一边设置有溢水盘Ⅱ和旋开阀Ⅱ，所述计量水罐罐体下方设置有出水管线，计量水罐液位便于观察，固井泵不容易吸空产生气蚀，固井泵叶轮和泥浆密度稳定，自动化程度高且作业高效。

Description

一种固井车用多功能计量水罐
技术领域
本发明属于完井工程中固井装备技术领域，具体涉及一种固井车用多功能计量水罐。
背景技术
随着石油、天然气勘探开发逐年扩大，各种深井、超深井数量逐年增加，完井技术持续发展，相应地也推动了固井技术的提高。钻井后套管放入井眼内一定深度，再将井壁与套管中的环形空间注入水泥浆这个过程叫做固井。固井施工需要多种专业设备联合进行，如固井水泥车、下灰车、仪器车等。固井水泥车主要由承载底盘、泵送系统、计量水罐、混浆系统和控制系统等组成。计量水罐用于往混浆系统输入清水，实现水与水泥灰混合。固井水泥浆的混配质量对固井有很大的影响。而水、灰的混合比例与水泥浆的混合搅拌过程直接影响水泥浆的混合质量。通过对各大油田固井车调研，对现有固井设备对比分析，发现计量水罐使用过程中主要存在以下问题：
(1)固井作业过程中，计量水罐布置于汽车底盘的上部。计量水罐位置比较高，观察计量水罐的液位极为不便。容易导致吸空，固井作业将中断，会引发严重的质量事故。
(2)往计量水罐上水完成后，水罐内残留大量气泡，气泡经离心泵加压增速后，容易发生气蚀现象，产生噪音、震动，使泵工作性能下降，严重的还会导致离心泵叶轮损坏。另外，水中空气过多会使清水的密度降低，导致水泥浆密度产生波动，影响混浆质量。
发明内容
本发明目的在于：提供一种固井车用多功能计量水罐，以解决现有技术中计量水罐液位不便于观察，固井泵容易吸空从而引发严重的质量事故及清水中气泡过多产生气蚀，损坏固井泵叶轮和泥浆密度波动较大的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种固井车用多功能计量水罐，包括计量水罐罐体，计量水罐罐体的上方设置有回油管路，所述计量水罐罐体通过隔板Ⅰ将罐体分隔成区域A和区域B两部分，区域A和区域B内壁的角落分别设置有液位计Ⅰ和液位计Ⅱ，所述计量水罐罐体上方设置有注水管线、注水管线两端分别设置有注水蝶阀Ⅰ和注水蝶阀Ⅱ，注水管线的垂直方向设置有溢流管，所述计量水罐罐体内部由隔板Ⅱ分隔出独立区域C，区域C设置在区域A和区域B的分隔线上，独立区域C内设置有循环冷却泵和动力端润滑系统，区域C的外壁上靠近区域A的一边设置有溢水盘Ⅰ和旋开阀Ⅰ，靠近区域B的一边设置有溢水盘Ⅱ和旋开阀Ⅱ，所述计量水罐罐体下方设置有出水管线，出水管线两端分别设置有出水蝶阀Ⅰ和出水蝶阀Ⅱ。
计量水罐罐体设置在汽车底盘上，汽车底盘上依次设置有液压系统、动力总成、计量水罐、围栏直梯总成以及控制台总成。
控制台总成内分别设置有区域A内的液位计Ⅰ和区域B内的液位计Ⅱ的高液位报警指示灯和低液位报警指示灯，并在液位标尺显示相应的液位值。
旋开阀Ⅰ包括浮球，浮球Ⅰ焊接在转动轴Ⅰ上，转动轴Ⅰ绕销轴Ⅰ转动，挡销Ⅰ限制转动轴Ⅰ在有限范围内转动，所述旋开阀Ⅱ的结构与旋开阀Ⅰ相同。
溢水盘Ⅱ是由挡盘Ⅱ和水盘Ⅱ组成，挡盘Ⅱ的抬起和放下可以控制区域B与区域C之间的清水流通，溢水盘Ⅰ与溢水盘Ⅱ的结构相同。
区域A、区域B和区域C三个区域，三者容积之间满足Va＝Vb>Vc。
旋开阀Ⅰ处于区域A的1/3容积标线处，旋开阀Ⅱ处于区域B的2/3容积标线处。
旋开阀Ⅰ、旋开阀Ⅱ相应位置处开有通往区域C的通孔。
溢水盘Ⅰ处于区域A的5/12容积标线处，溢水盘Ⅱ处于区域B的10/12容积标线处。
本发明的有益效果是：
(1)自动化程度高且作业高效，当区域A内为混浆系统提供清水且清水处于低液位时，自动切换为区域B注水。当区域A液位低于液位计的最低液位时，停止区域A为混浆系统提供清水，自动切换区域B为混浆系统提供清水。反之，当区域B内为混浆系统提供清水且清水处于低液位时，自动切换为区域A注水。当区域B液位低于液位计的最低液位时，停止区域B为混浆系统提供清水，自动切换区域A为混浆系统提供清水。
(2)在区域C内，布置有用于固井车动力端润滑系统、液压系统冷却用的循环冷却泵，替代常规风冷散热器。循环冷却泵体积小，安装简便，布置在计量水罐内，使固井车结构更紧凑。采用循环泵冷却，冷却效果更好、噪音更低。
(3)区域A、区域B分别布置有液位计，区域A、区域B的液位通过控制台总成的触摸屏液位标尺显示。当区域A、区域B处于高、低极限液位时，报警指示灯闪烁。
附图说明
图1本发明一种固井车用多功能计量水罐布置图；
图2本发明一种固井车用多功能计量水罐俯视图；
图3本发明一种固井车用多功能计量水罐控制台总成示意图；
图4本发明一种固井车用多功能计量水罐旋开阀Ⅱ结构示意图；
图5本发明一种固井车用多功能计量水罐溢水盘Ⅱ结构示意图。
其中，1.汽车底盘，2.液压系统，3.动力总成，4.计量水罐罐体，5.围栏直梯总成，6.控制台总成，4-1.回油管路，4-2.液位计Ⅰ，4-3.注水管线，4-4.注水蝶阀Ⅰ，4-5.隔板Ⅰ，4-6.注水蝶阀Ⅱ，4-7.液位计Ⅱ，4-8.旋开阀Ⅱ，4-9.溢水盘Ⅱ，4-10.出水蝶阀Ⅱ，4-11.隔板Ⅱ，4-12.循环冷却泵，4-13.出水蝶阀Ⅰ，4-14.出水管线，4-15.溢水盘Ⅰ，4-16.旋开阀Ⅰ，4-17.溢流管；4-16-1.挡销Ⅰ，4-16-2.转动轴Ⅰ，4-16-3.浮球Ⅰ，4-16-4.销轴Ⅰ，4-8-1.挡销Ⅱ，4-8-2.转动轴Ⅱ，4-8-3.浮球Ⅱ，4-8-4.销轴Ⅱ，4-15-1.挡盘Ⅰ，4-15-2.水盘Ⅰ，4-9-1.挡盘Ⅱ，4-9-2.水盘Ⅱ，6-1.液位标尺，6-2.高液位报警指示灯，6-3.低液位报警指示灯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种固井车用多功能计量水罐，包括计量水罐罐体4，计量水罐罐体4的上方设置有回油管路4-1，计量水罐罐体4通过隔板Ⅰ4-5将罐体分隔成区域A和区域B两部分，区域A和区域B内壁的角落分别设置有液位计Ⅰ4-2和液位计Ⅱ4-7，所述计量水罐罐体4上方设置有注水管线4-3、注水管线4-3两端分别设置有注水蝶阀Ⅰ4-4和注水蝶阀Ⅱ4-6，注水管线4-3的垂直方向设置有溢流管4-17，所述计量水罐罐体4内部由隔板Ⅱ4-11分隔出独立区域C，区域C设置在区域A和区域B的分隔线上，独立区域C内设置有循环冷却泵和动力端润滑系统，区域C的外壁上靠近区域A的一边设置有溢水盘Ⅰ4-15和旋开阀Ⅰ4-16，靠近区域B的一边设置有溢水盘Ⅱ4-9和旋开阀Ⅱ4-8，所述计量水罐罐体4下方设置有出水管线4-14，出水管线4-14两端分别设置有出水蝶阀Ⅰ4-13和出水蝶阀Ⅱ4-10。
计量水罐罐体设置在汽车底盘1上，汽车底盘1上依次设置有液压系统2、动力总成3、计量水罐、围栏直梯总成5以及控制台总成6。
控制台总成6内分别设置有液位计Ⅰ4-2和液位计Ⅱ4-7的高液位报警指示灯6-2和低液位报警指示灯6-3，并在液位标尺6-1内显示其液位值。
控制台总成6内分别设置有区域A内的液位计Ⅰ4-2和区域B内的液位计Ⅱ4-7的高液位报警指示灯6-2和低液位报警指示灯6-3，并在液位标尺6-1显示相应的液位值。
旋开阀Ⅰ4-16包括浮球4-16-3，浮球Ⅰ4-16-3焊接在转动轴Ⅰ4-16-2上，转动轴Ⅰ4-16-2绕销轴Ⅰ4-16-4转动，挡销Ⅰ4-16-1限制转动轴Ⅰ4-16-2在有限范围内转动，旋开阀Ⅱ4-8的结构与旋开阀Ⅰ4-16相同。
溢水盘Ⅱ4-9是由挡盘Ⅱ4-9-1和水盘Ⅱ4-9-2组成，挡盘Ⅱ4-9-1的抬起和放下可以控制区域B与区域C之间的清水流通，溢水盘Ⅰ4-15与溢水盘Ⅱ4-9的结构相同。
区域A、区域B和区域C三个区域，三者容积之间满足Va＝Vb>Vc。
旋开阀Ⅰ4-16处于区域A的1/3容积标线处，旋开阀Ⅱ4-8处于区域B的2/3容积标线处。
旋开阀Ⅰ4-16、旋开阀Ⅱ4-8相应位置处开有通往区域C的通孔。
溢水盘Ⅰ4-15处于区域A的5/12容积标线处，溢水盘Ⅱ4-9处于区域B的10/12容积标线处。
本发明一种多功能计量水罐，如图1所示，包括汽车底盘1、液压系统2、计量水罐4和控制台总成6等组成。计量水罐4布置在汽车底盘1的上部。液压系统2、动力系统3位于计量水罐4的左侧，围栏直梯5位于计量水罐4的右侧，控制台总成6位于围栏直梯总成5的上方。固井作业时，操作人员通过控制台总成6操控整个固井流程。
计量水罐4主要由液位计Ⅰ4-2、注水管线4-3、注水蝶阀Ⅰ4-4、旋开阀Ⅱ4-8、出水管线4-14、出水蝶阀Ⅰ4-13及隔板Ⅰ4-5、隔板Ⅱ4-11等组成。
隔板Ⅰ4-5和隔板Ⅱ4-11把计量水罐4分成区域A、区域B和区域C三个区域，三者容积之间满足Va＝Vb>Vc。区域A、区域B为固井车的混配系统提供清水，循环冷却泵4-12位于区域C内，为固井车的液压系统2、动力总成3提供冷却。隔板Ⅰ4-5和隔板Ⅱ4-11与计量水罐4的底部焊接。隔板Ⅱ4-11高于隔板Ⅰ4-5。隔板Ⅱ4-11两平行边布置有旋开阀Ⅰ4-16和旋开阀Ⅱ4-8。旋开阀Ⅰ4-16处于区域A的1/3容积标线处，旋开阀Ⅱ4-8处于区域B的2/3容积标线处。旋开阀Ⅰ4-16、旋开阀Ⅱ4-8相应位置处开有通往区域C的通孔。
旋开阀Ⅰ4-16由挡销Ⅰ4-16-1、转动轴Ⅰ4-16-2、浮球Ⅰ4-16-3和销轴Ⅰ4-16-4构成。浮球Ⅰ4-16-3焊接在转动轴Ⅰ4-16-2上。转动轴Ⅰ4-16-2绕销轴Ⅰ4-16-4转动，挡销Ⅰ4-16-1限制转动轴Ⅰ4-16-2在有限范围内转动。同理，旋开阀Ⅱ4-8也由挡销Ⅱ4-8-1、转动轴Ⅱ4-8-2、浮球Ⅱ4-8-3和销轴Ⅱ4-8-4组成。浮球Ⅱ4-8-3焊接在转动轴Ⅱ4-8-2上。转动轴Ⅱ4-8-2绕销轴Ⅱ4-8-4转动，挡销Ⅱ4-8-1限制转动轴Ⅱ4-8-2在有限范围内转动。隔板Ⅱ4-1还布置有溢水盘Ⅰ4-15和溢水盘Ⅱ4-9。其中，溢水盘Ⅰ4-15处于区域A的5/12容积标线处，溢水盘Ⅱ4-9处于区域B的10/12容积标线处。溢水盘Ⅱ4-9是由挡盘Ⅱ4-9-1和水盘Ⅱ4-9-2组成。挡盘Ⅱ4-9-1放下时，区域B与区域C内的清水不能互相流通。同理，溢水盘Ⅰ4-15是由挡盘Ⅰ4-15-1和水盘Ⅰ4-15-2组成。抬起挡盘Ⅰ4-15-1区域A与区域C内的清水可以互相流通。
本发明的工作过程为：
固井作业前，放下溢水盘Ⅰ4-15上的挡盘Ⅰ4-15-1和溢水盘Ⅱ4-9上的挡盘Ⅱ4-9-1，并打开注水管线4-3上的注水蝶阀Ⅰ4-4和注水蝶阀Ⅱ4-6同时往区域A、区域B注入清水。区域A达到液位计Ⅰ4-2的最高液位，区域B达到液位计Ⅱ4-7最高液位时则停止注水。此时，区域A液位高于溢水盘Ⅰ4-15，旋开阀Ⅰ4-16处于关闭状态。区域A内清水不能通过旋开阀Ⅰ4-16流入区域C内。区域B液位也高于溢水盘Ⅱ4-9，旋开阀Ⅱ4-8也处于关闭状态。区域B内清水不能通过旋开阀Ⅰ4-16流入区域C内。
当使用区域A为混浆系统提供清水时，抬起溢水盘Ⅱ4-9上的挡盘Ⅱ4-9-1，区域B的清水通过溢水盘Ⅱ4-9流入区域C内。待区域B液位与溢水盘Ⅱ4-9平齐时，区域B清水不再流入区域C，启动循环冷却泵4-12。当区域A清水处于5/12容积标线处以上时，旋开阀Ⅰ4-16上的浮球Ⅰ4-16-3体积处于压缩状态，浮球Ⅰ4-16-3所受的浮力小于自身的重力，旋开阀Ⅰ4-16关闭。区域A内的清水与区域C不能相互流通。旋开阀Ⅰ4-16关闭时，触发注水管线4-3上的注水蝶阀Ⅱ4-6开启，往区域B注水。区域B多余的清水，通过溢水盘Ⅱ4-9流入区域C内。此时，抬起溢水盘Ⅰ4-15上的挡盘Ⅰ4-15-1。当区域A内清水液位低于5/12容积标线且高于1/3容积标线处时，旋开阀Ⅰ4-16上的浮球Ⅰ4-16-3体积处于正常状态，浮球Ⅰ4-16-3所受的浮力大于自身的重力，旋开阀Ⅰ4-16开启。区域A内的清水与区域C互相流通。当区域A清水液位低于1/3容积标线处时，旋开阀Ⅰ4-16上的浮球Ⅰ4-16-3不再受清水浮力的作用，在自身重力作用下，旋开阀Ⅰ4-16关闭，旋开阀Ⅰ4-16关闭时，重新触发注水管线4-3上的注水蝶阀Ⅱ4-6开启，往区域B注水。区域B多余的清水，通过溢水盘Ⅱ4-9流入区域C内。当区域A液位处于液位计Ⅰ4-2的低液位时，控制台总成6上的液位标尺6-1显示低液位，低液位报警指示灯6-3闪烁。区域A低液位报警指示灯6-3闪烁时，触发出水管线4-14上的出水蝶阀Ⅰ4-13关闭同时打开出水蝶阀Ⅱ4-10。即区域A停止为混浆系统提供清水，切换区域B为混浆系统提供清水。当区域B液位低于10/12容积标线且高于2/3容积标线时，旋开阀Ⅱ4-8上的浮球Ⅱ4-8-3处于正常状态，浮球Ⅱ4-8-3所受的浮力大于自身的重力，旋开阀Ⅱ4-8开启。区域B内的清水通过旋开阀Ⅱ4-8与区域C相互流通。当区域B内液位下降至2/3容积标线下时，旋开阀Ⅱ4-8上的浮球Ⅱ4-8-3不再受清水浮力的作用。在自身重力作用下，旋开阀Ⅱ4-8关闭。旋开阀Ⅱ4-8关闭时，触发注水管线4-3上的注水蝶阀Ⅰ4-4开启，为区域A注水。区域A液位高于溢水盘Ⅰ4-15的高度时，多余的清水通过溢水盘Ⅰ4-15流入区域C内，旋开阀Ⅰ4-16开启。当区域B液位处于液位计Ⅱ4-7的低液位时，控制台总成6上的液位标尺6-1显示低液位，低液位报警指示灯6-3闪烁。区域B低液位报警指示灯6-3闪烁时，触发出水管线4-14上的出水蝶阀Ⅰ4-13开启并关闭出水蝶阀Ⅱ4-10。即区域B停止为混浆系统提供清水，切换区域A为混浆系统提供清水。同理，当区域A内清水液位低于5/12容积标线且高于1/3容积标线处时，旋开阀Ⅰ4-16上的浮球Ⅰ4-16-3体积处于正常状态，浮球Ⅰ4-16-3所受的浮力大于自身的重力，旋开阀Ⅰ4-16开启。区域A内清水与区域C互相流通。当区域A内清水液位低于1/3容积标线处时，旋开阀Ⅰ4-16上的浮球Ⅰ4-16-3在重力作用下关闭。旋开阀Ⅰ4-16关闭时，触发注水管线4-3上的注水蝶阀Ⅱ4-6开启，为区域B注水。区域B高于溢水盘Ⅱ4-9的高度时，多余的清水通过溢水盘Ⅱ4-9流入区域C内。

Claims (4)

1.一种固井车用多功能计量水罐，其特征在于，包括计量水罐罐体(4)，计量水罐罐体(4)的上方设置有回油管路(4-1)，所述计量水罐罐体(4)通过隔板Ⅰ(4-5)将罐体分隔成区域A和区域B两部分，区域A和区域B内壁的角落分别设置有液位计Ⅰ(4-2)和液位计Ⅱ(4-7)，所述计量水罐罐体(4)上方设置有注水管线(4-3)、注水管线(4-3)两端分别设置有注水蝶阀Ⅰ(4-4)和注水蝶阀Ⅱ(4-6)，注水管线(4-3)的垂直方向设置有溢流管(4-17)，所述计量水罐罐体(4)内部由隔板Ⅱ(4-11)分隔出独立区域C，区域C设置在区域A和区域B的分隔线上，独立区域C内设置有循环冷却泵和动力端润滑系统，区域C的外壁上靠近区域A的一边设置有溢水盘Ⅰ(4-15)和旋开阀Ⅰ(4-16)，靠近区域B的一边设置有溢水盘Ⅱ(4-9)和旋开阀Ⅱ(4-8)，所述计量水罐罐体(4)下方设置有出水管线(4-14)，出水管线(4-14)两端分别设置有出水蝶阀Ⅰ(4-13)和出水蝶阀Ⅱ(4-10)，
所述的计量水罐罐体(4)设置在汽车底盘(1)上，汽车底盘(1)上依次设置有液压系统(2)、动力总成(3)、计量水罐、围栏直梯总成(5)以及控制台总成(6)，
所述控制台总成(6)内分别设置有区域A内的液位计Ⅰ(4-2)和区域B内的液位计Ⅱ(4-7)的高液位报警指示灯(6-2)和低液位报警指示灯(6-3)，并在液位标尺(6-1)显示相应的液位值，区域A到达液位计Ⅰ(4-2)的最高液位时，关闭注水管线(4-3)上的注水蝶阀Ⅰ(4-4)停止注水，区域B到达液位计Ⅱ(4-7)的最高液位时，关闭注水管线(4-3)上的注水蝶阀Ⅱ(4-6)停止注水，区域A液位处于液位计Ⅰ(4-2)的低液位时，控制台总成(6)上的液位标尺(6-1)显示低液位，低液位报警指示灯(6-3)闪烁，关闭出水管线(4-14)上的出水蝶阀Ⅰ(4-13)，开启出水蝶阀Ⅱ(4-10)，区域A停止为混浆系统提供清水，切换区域B为混浆系统提供清水，区域B液位处于液位计Ⅱ(4-7)的低液位时，控制台总成(6)上的液位标尺(6 -1)显示低液位，低液位报警指示灯(6-3)闪烁，关闭出水管线(4-14)上的出水蝶阀Ⅱ(4-10)，开启出水蝶阀Ⅰ(4-13)，区域B停止为混浆系统提供清水，切换区域A为混浆系统提供清水，
所述旋开阀Ⅰ(4-16)包括浮球Ⅰ(4-16-3)，浮球Ⅰ(4-16-3)焊接在转动轴Ⅰ(4-16-2)上，转动轴Ⅰ(4-16-2)绕销轴Ⅰ(4-16-4)转动，挡销Ⅰ(4-16-1)限制转动轴Ⅰ(4-16-2)在有限范围内转动，所述旋开阀Ⅱ(4-8)的结构与旋开阀Ⅰ(4-16)相同，
所述旋开阀Ⅰ(4-16)处于区域A的1/3容积标线处，区域A清水处于5/12容积标线处以上时，旋开阀Ⅰ(4-16)自动关闭，开启注水管线(4-3)上的注水蝶阀Ⅱ(4-6)，往区域B注水，区域A内清水液位低于5/12容积标线且高于1/3容积标线处时，旋开阀Ⅰ(4-16)自动开启，区域A清水液位低于1/3容积标线处时，旋开阀Ⅰ(4-16)自动关闭，开启注水管线(4-3)上的注水蝶阀Ⅱ(4-6)，往区域B注水，
旋开阀Ⅱ(4-8)处于区域B的2/3容积标线处，区域B液位低于10/12容积标线且高于2/3容积标线时，旋开阀Ⅱ(4-8)自动开启，区域B内液位下降至2/3容积标线下时，旋开阀Ⅱ(4-8)关闭，开启注水管线(4-3)上的注水蝶阀Ⅰ(4-4)，为区域A注水，
所述溢水盘Ⅱ(4-9)是由挡盘Ⅱ(4-9-1)和水盘Ⅱ(4-9-2)组成，挡盘Ⅱ(4-9-1)的抬起和放下可以控制区域B与区域C之间的清水流通，所述溢水盘Ⅱ(4-9)与溢水盘Ⅰ(4-15)的结构相同。
2.根据权利要求1所述的一种固井车用多功能计量水罐，其特征在于，所述区域A、区域B和区域C三个区域，三者容积之间满足Va＝Vb>Vc。
3.根据权利要求1所述的一种固井车用多功能计量水罐，其特征在于，所述旋开阀Ⅰ(4-16)、旋开阀Ⅱ(4-8)相应位置处开有通往区域C的通孔。
4.根据权利要求1所述的一种固井车用多功能计量水罐，其特征在于，所述溢水盘Ⅰ(4-15)处于区域A的5/12容积标线处，当区域A液位高于溢水盘Ⅰ(4-15)的高度时并抬起挡盘Ⅰ(4-15-1)，区域A与区域C内的清水可以互相流通，多余的清水通过溢水盘Ⅰ(4-15)流入区域C内，
溢水盘Ⅱ(4-9)处于区域B的10/12容积标线处，当区域B液位高于溢水盘Ⅱ(4-9)的高度时并抬起挡盘Ⅱ(4-9-1)，区域B与区域C内的清水可以互相流通，多余的清水通过溢水盘Ⅱ(4-9)流入区域C内。
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