CN113136197A - 一种加重压裂液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加重压裂液及其制备方法。该加重压裂液包括0.32~0.47wt%的羟丙基胍胶、0.40~0.70wt%份的有机硼交联剂、33.3~81.3wt%甲酸钾、0.13~0.30wt%的交联延缓剂、0.30~0.50wt%的助排剂、0.05~0.10wt%的氢氧化钠以及余量的水;其中交联延缓剂为葡萄糖酸钠或半乳甘露聚糖,或者交联延缓剂为为甘露醇、葡萄糖酸钠、半乳甘露聚糖中的至少两种。本发明的加重压裂液通过上述重量配比范围的各组分协同作用促使加重压裂液加重密度更佳,且适应现场操作密度可控可调,现场应用加重效果更佳,耐温耐剪切性能更佳。同时,交联时间更长,延缓交联性能更佳且交联时间可控可调,摩阻更低,更适应现场所需交联时间要求。
Description
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域,具体而言,涉及一种加重压裂液及其制备方法。
背景技术
随着钻完井技术的进步,国内外各大油田深井、超深井逐渐增加,深井、超深井储层大多具有埋藏深(>5000m)、高温(>120℃)、地层压力系数高(>1.8)、闭合应力高(>130MPa)等特点,试油作业易出现出砂、高泵压等复杂工况。部分深井、超深井储层压裂作业时井口施工压力超过现有设备的压力上限,而加重压裂液是提高压裂施工成功率、保障安全施工的最有效措施之一。
然而,压裂液采用不能溶解的固相颗粒做加重剂时,会增加加重剂无法从地层中排出的风险;采用二价金属盐,如Ca2+、Mg2+等加重时,会与NaCO3型地层水反应沉淀堵塞地层;一价无机盐加重密度较低或使用成本过高,如氯化钾和硝酸钠的复合加重,加重密度不超过1.33g/cm3,而KBr、NaBr做加重剂价格昂贵,性价比不高。因此,需要研究适合高压储层的加重压裂液体系,体系密度满足施工要求,且能有效降低加重压裂液成本。
除此以外,现有技术中的加重压裂液多存在交联时间过短,摩阻过高、现场应用加重效果差等问题。
基于以上原因,有必要提供一种加重压裂液,其交联时间长,摩阻低、现场应用加重效果佳。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种加重压裂液及其制备方法,以解决现有技术中加重压裂液多存在交联时间过短,摩阻过高、现场应用加重效果差等问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种加重压裂液。按重量百分比计,加重压裂液包括0.32~0.47wt%的羟丙基胍胶、0.40~0.70wt%份的有机硼交联剂、33.3~81.3wt%甲酸钾、0.13~0.30wt%的交联延缓剂、0.30~0.50wt%的助排剂、0.05~0.10wt%的氢氧化钠以及余量的水;其中交联延缓剂为葡萄糖酸钠或半乳甘露聚糖,或者交联延缓剂为为甘露醇、葡萄糖酸钠、半乳甘露聚糖中的至少两种。
进一步地,按重量百分比计,加重压裂液包括0.40~0.47wt%的羟丙基胍胶、0.55~0.70wt%份的有机硼交联剂、57.1~81.3wt%的甲酸钾、0.20~0.30wt%的交联延缓剂、0.40~0.50wt%的助排剂、0.07~0.10wt%的氢氧化钠以及余量的水。
进一步地,交联延缓剂包括甘露醇和葡萄糖酸钠,且二者重量比为1:1~1.5;或者交联延缓剂包括葡萄糖酸钠和半乳甘露聚糖,且二者重量比为2~2.5:1。
进一步地,有机硼交联剂为DY-1。
进一步地,助排剂为氟碳类表面活性剂。
进一步地,助排剂为MJ-1。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种前述加重压裂液的制备方法。包括以下步骤:S1,将第一部分水、甲酸钾、羟丙基胍胶、第一部分交联延缓剂与助排剂混合,得到甲酸钾加重压裂液基液;S2,将第二部分水、有机硼交联剂、第二部分交联延缓剂与氢氧化钠混合,得到甲酸钾加重压裂液交联液;S3,将甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液混合,得到加重压裂液。
进一步地,甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液的重量比为98~100:1。
进一步地,步骤S1包括:将第一部分水和甲酸钾在搅拌的状态下混合,得到甲酸钾溶液;在搅拌状态下向甲酸钾溶液中加入羟丙基胍胶,得到甲酸钾加重胍胶基液;在搅拌状态下向甲酸钾加重胍胶基液中依次加入第一部分交联延缓剂和助排剂,得到甲酸钾加重压裂液基液。
本发明的加重压裂液通过上述重量配比范围的各组分协同作用促使加重压裂液加重密度更佳,且适应现场操作密度可控可调,现场应用加重效果更佳,耐温耐剪切性能更佳。同时,交联时间更长,延缓交联性能更佳且交联时间可控可调,摩阻更低,更适应现场所需交联时间要求。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的,现有技术中加重压裂液多存在交联时间过短,摩阻过高、现场应用加重效果差等问题。为了解决这一问题,本发明提供了一种加重压裂液,按重量百分比计,加重压裂液包括0.32~0.47wt%的羟丙基胍胶、0.40~0.70wt%份的有机硼交联剂、33.3~81.3wt%甲酸钾、0.13~0.30wt%的交联延缓剂、0.30~0.50wt%的助排剂、0.05~0.10wt%的氢氧化钠以及余量的水。其中交联延缓剂为葡萄糖酸钠或半乳甘露聚糖,或者交联延缓剂为为甘露醇、葡萄糖酸钠、半乳甘露聚糖中的至少两种。
本发明加重压裂液包括羟丙基胍胶、有机硼交联剂、甲酸钾、交联延缓剂、助排剂和氢氧化钠以及余量的水。其一,羟丙基胍胶作为增稠剂,其表面羟丙基是亲水基团,有效改善了胍胶的溶解性能,促使羟丙基胍胶的溶解速度更快,溶解时间更短,并且不溶物更少,且将羟丙基胍胶的重量范围控制在0.32~0.47wt%内,在较低用量下即可获得更高的增稠效率,在和甲酸钾、交联延缓剂等协同使用时,得到的加重压裂液基液均匀性更好,粘弹性更佳,促使其在较高温度也具有很好的流变性能,耐温性能更佳。其二,有机硼交联剂因其表面修饰有有机配位体,提供的硼酸根配位键强度更高,数量更多,交联强度和密度更佳,缔结形成的网络分子结构更稳定,加重压裂液体系耐温性能更好。将有机硼交联剂的重量范围控制在0.40~0.70wt%,交联密度、交联强度更高的基础上,使体系的粘度上升,交联范围更宽,避免了过交联“脱水”的情况。其三,甲酸钾的重量范围控制在33.3~81.3wt%,可以促使加重密度在更佳的应用范围,密度能更好的适应现场操作实现可控可调,同时可以促使加重压裂液体系耐温性能更佳。其四,交联延缓剂为葡萄糖酸钠或半乳甘露聚糖,或者为甘露醇、葡萄糖酸钠、半乳甘露聚糖中的至少两种,能更有效地掩蔽有机硼交联剂中的硼酸根离子,促使交联时间更长的同时交联密度更高,交联强度更高,加重压裂液体系加重密度更佳。同时,由于压裂液交联后比交联前摩阻更大,通过本发明上述交联延缓剂促使交联延迟的效果更好,交联时间更长,进而降低了压裂液的摩阻,压裂液现场应用加重效果更好。而且交联延缓剂的重量范围控制在0.13~0.30wt%内,促使交联时间能够适应现场操作实现可控可调。再者,将助排剂的重量范围控制在0.30~0.50wt%,氢氧化钠以及余量的水的重量范围控制在0.05~0.10wt%,在一定程度上促使各个组分的性能得以更好地发挥的同时协同效果更好,促使加重压裂液体系具有高密度,且降低了压裂液的表面张力,压裂效果更佳。
总之,本发明的加重压裂液加重密度更佳,且适应现场操作密度可控可调,现场应用加重效果更佳,耐温耐剪切性能更佳。同时,交联时间更长,延缓交联性能更佳且交联时间可控可调,摩阻更低,更适应现场所需交联时间要求。
在一种优选的实施方式中,按重量百分比计,加重压裂液包括0.40~0.47wt%的羟丙基胍胶、0.55~0.70wt%份的有机硼交联剂、57.1~81.3wt%的甲酸钾、0.20~0.30wt%的交联延缓剂、0.40~0.50wt%的助排剂、0.07~0.10wt%的氢氧化钠以及余量的水。将各个组分控制在上述范围内,在一定程度上促使各个组分的性能得以更好地发挥的同时协同效果更好,促使加重压裂液体系具有高密度,且密度适应现场操作可控可调,耐温性能更佳,延缓交联性能更佳且交联时间可控可调,摩阻更低,现场应用加重效果更好。
优选地,交联延缓剂包括甘露醇和葡萄糖酸钠,且二者重量比为1:1~1.5;或者,交联延缓剂包括葡萄糖酸钠和半乳甘露聚糖,且二者重量比为2~2.5:1。这样能更有效地掩蔽有机硼交联剂中的硼酸根离子,促使交联时间更长的同时交联密度更高,交联强度更高,加重压裂液体系加重密度更佳,现场应用加重效果更好。同时,加重压裂液体系延缓交联性能更佳且交联时间可控可调,更适应现场所需交联时间要求,摩阻更低。
在一种优选的实施方式中,有机硼交联剂为DY-1(由新疆油田公司工程技术研究院中试厂提供)。该交联剂可以提供更多的潜在硼酸根,促使有机交联剂和羟丙基胍胶的交联强度和密度更佳,缔结形成的结构更稳定,促使加重压裂液体系耐温性能更好。
优选地,助排剂为氟碳类表面活性剂,在极低浓度的应用下可以更有效的降低压裂液的表面张力,降低了压裂液返排时遇到的阻力。在一种优选的实施方式中,助排剂为MJ-1(由米泉市康恩有限责任公司提供)。
根据本发明的又一方面,还提供了一种加重压裂液的制备方法,包括以下步骤:S1,将第一部分水、甲酸钾、羟丙基胍胶、第一部分交联延缓剂与助排剂混合,得到甲酸钾加重压裂液基液;S2,将第二部分水、有机硼交联剂、第二部分交联延缓剂与氢氧化钠混合,得到甲酸钾加重压裂液交联液;S3,将甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液混合,得到加重压裂液。
除了前文的有益效果外,本发明在配料顺序上与常规顺序不同,本发明是先将第一部分水、甲酸钾、羟丙基胍胶、第一部分交联延缓剂与助排剂混合,得到甲酸钾加重压裂液基液,促使羟丙基胍胶的溶解度更高,得到的甲酸钾加重压裂液基液更稳定,更有利于后续交联延缓时间的调控。再将第二部分水、有机硼交联剂、第二部分交联延缓剂与氢氧化钠混合,得到甲酸钾加重压裂液交联液,促使有机硼交联剂水解的更佳充分,提供的硼酸根离子数量更多。最后将甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液混合,促使交联时间更长的同时交联密度更高,交联强度更高,加重压裂液体系加重密度更佳的同时摩阻更低,现场应用加重效果更好。
优选地,第一部分交联延缓剂与第二部分交联延缓剂的重量比为5~20:1。在此范围内,交联延缓剂的效果更佳,交联时间更长,延缓交联性能更佳,加重压裂液体系摩阻更低。
优选地,甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液的重量比为98~100:1。在此范围内,得到的加重压裂液加重密度更佳,且适应现场操作密度可控可调,现场应用加重效果更佳,耐温耐剪切性能更佳。同时,交联时间更长,延缓交联性能更佳且交联时间可调,适应现场所需交联时间要求,摩阻更低。
在一种优选的实施方式中,步骤S1包括:将第一部分水和甲酸钾在搅拌的状态下混合,得到甲酸钾溶液;在搅拌状态下向甲酸钾溶液中加入羟丙基胍胶,得到甲酸钾加重胍胶基液;在搅拌状态下向甲酸钾加重胍胶基液中依次加入第一部分交联延缓剂和助排剂,得到甲酸钾加重压裂液基液。
其一,一边搅拌一边混合,溶解效率更高,促使甲酸钾在水中溶解的量更多更均匀,得到的甲酸钾溶液均匀性更好。其二,在搅拌状态下向甲酸钾溶液中加入羟丙基胍胶,溶胀速度快,溶解时间短,在用量较小的情况下增稠效率更高,且得到的甲酸钾加重胍胶基液更稳定。其三,在搅拌状态下向甲酸钾加重胍胶基液中依次加入第一部分交联延缓剂和助排剂,可以更大程度上的发挥交联延缓剂和助排剂的有益效用,得到的甲酸钾加重压裂液基液加重密度更佳,且适应现场操作密度可控可调,摩阻更低,现场应用加重效果更佳,耐温耐剪切性能更佳。同时,交联时间更长,延缓交联性能更佳且交联时间可调,适应现场所需交联时间要求。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述,这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
其中,第一部分交联延缓剂与第二部分交联延缓剂均为甘露醇和葡萄糖酸钠混合物,甘露醇和葡萄糖酸钠二者重量比为1:1。
按照上述配方制备甲酸钾加重压裂液:
S1:将甲酸钾加入第一部分水中,搅拌使其完全溶解得到甲酸钾溶液;在搅拌状态下向上述甲酸钾溶液中添加羟丙基胍胶,搅拌至羟丙基胍胶完全溶胀得到甲酸钾加重胍胶基液;向上述甲酸钾加重胍胶基液中依次加入第一部分交联延缓剂和MJ-1后搅拌15min得到甲酸钾加重压裂液基液。
S2:将DY-1、第二部分交联延缓剂和氢氧化钠依次加入第二部分水中,充分搅拌均匀后得到甲酸钾加重压裂液交联剂。
S3:将上述甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液按照重量比99:1g混合,得到甲酸钾加重压裂液。
实施例2
与实施例1的区别仅在于甲酸钾加重压裂液配方不同。
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
其中,第一部分交联延缓剂为半乳甘露聚糖和葡萄糖酸钠混合物,半乳甘露聚糖和葡萄糖酸钠重量比为1:1.5;第二部分交联延缓剂为葡萄糖酸钠。
实施例3
与实施例1的区别仅在于甲酸钾加重压裂液配方不同。
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
其中,第一部分交联延缓剂与第二部分交联延缓剂均为葡萄糖酸钠。
实施例4
与实施例1的区别仅在于交联延缓剂中甘露醇和葡萄糖酸钠的重量比为1:1.5。
实施例5
与实施例1的区别仅在于交联延缓剂中甘露醇和葡萄糖酸钠的重量比为1:2。
实施例6
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
与实施例1的区别仅在于第一部分交联延缓剂和第二部分交联延缓剂重量比不同,二者重量比为5:1。
实施例7
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
与实施例1的区别仅在于第一部分交联延缓剂和第二部分交联延缓剂重量比不同,二者重量比为20:1。
实施例8
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
与实施例1的区别仅在于第一部分交联延缓剂和第二部分交联延缓剂重量比不同,二者重量比为25:1。
实施例9
与实施例1的区别仅在于将DY-1替换为YGB有机硼交联剂,YGB采购于克拉玛依市红都有限责任公司。
实施例10
与实施例1的区别仅在于将MJ-1替换为GYO-1,GYO-1采购于克拉玛依市正诚有限公司。
对比例1
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
按照上述配方制备甲酸钾加重压裂液:
S1:将甲酸钾加入水中,然后加入胍胶粉搅拌,完全溶化后加入助排剂搅拌,得到压裂液基液。
S2:向上述压裂液基液中加入无机硼交联剂,得到甲酸钾加重压裂液。
对比例2
与实施例1的区别仅在于甲酸钾加重压裂液配方重量份数不同。
甲酸钾加重压裂液配方,总计为100份,以重量百分比计,包括下列成分:
其中,第一部分交联延缓剂与第二部分交联延缓剂均为葡萄糖酸钠。
甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液按照重量比98:2g混合,得到甲酸钾加重压裂液。
性能表征:
(1)加重密度测试
GB/T 2013-2010液体石油化工产品密度测定法
(2)耐温性能测试
SY/T 5107-2016水基压裂液性能评价方法
加重压裂液测试结果如下表1所示:
表1
从以上的描述中,可以看出,本发明上述的实施例实现了如下技术效果:本发明提供的加重压裂液及其制备方法能够有效解决现有技术中加重压裂液多存在交联时间过短,摩阻过高、现场应用加重效果差等问题。
特别的是,实施例1至10中,一方面,加重压裂液包括羟丙基胍胶、有机硼交联剂、甲酸钾、交联延缓剂、助排剂和氢氧化钠以及余量的水。羟丙基胍胶的重量范围控制在0.32~0.47wt%内,有机硼交联剂的重量范围控制在0.40~0.70wt%,甲酸钾的重量范围控制在33.3~81.3wt%,交联延缓剂重量范围控制在0.13~0.30wt%内,助排剂的重量范围控制在0.30~0.50wt%,氢氧化钠以及余量的水的重量范围控制在0.05~0.10wt%,在一定程度上促使各个组分的性能得以更好地发挥的同时协同效果更好,促使加重压裂液体系具有高密度,且密度适应现场操作可控可调,耐温性能更佳。其中交联延缓剂为葡萄糖酸钠或半乳甘露聚糖,或者为为甘露醇、葡萄糖酸钠、半乳甘露聚糖中的至少两种,能更有效的掩蔽有机硼交联剂中的硼酸根离子,促使交联时间更长的同时交联密度更高,交联强度更高,加重压裂液体系加重密度更佳,现场应用加重效果更好。另一方面,先将第一部分水、甲酸钾、羟丙基胍胶、第一部分交联延缓剂与助排剂混合,得到甲酸钾加重压裂液基液,促使羟丙基胍胶的溶解度更高,得到的甲酸钾加重压裂液基液更稳定,更有利于后续交联延缓时间的调控。再将第二部分水、有机硼交联剂、第二部分交联延缓剂与氢氧化钠混合,得到甲酸钾加重压裂液交联液,促使有机硼交联剂水解的更佳充分,提供的硼酸根离子数量更多。最后将甲酸钾加重压裂液基液与甲酸钾加重压裂液交联液混合,促使交联时间更长的同时交联密度更高,交联强度更高,加重压裂液体系加重密度更佳。同时,压裂液摩阻更低,现场应用加重效果更好。总之,和对比例1、对比例2相比,本发明的加重压裂液加重密度更佳,且适应现场操作密度可控可调,摩阻更低,现场应用加重效果更佳,耐温耐剪切性能更佳。同时,交联时间更长,延缓交联性能更佳且交联时间可调,适应现场所需交联时间要求。
更特别的是,由实施例1,实施例4和实施例5中的数据可知,交联延缓剂中甘露醇和葡萄糖酸钠的重量比在1:1~1.5的范围内,协同使用能更有效的掩蔽有机硼交联剂中的硼酸根离子,促使交联时间更长的同时交联密度更高,交联强度更高,加重压裂液体系加重密度更佳的同时摩阻更低,现场应用加重效果更好。
除此以外,由实施例1,实施例6至8中的数据可知,第一部分交联延缓剂和第二部分交联延缓剂重量比在5~20:1的范围内,在此范围内,交联延缓剂的效果更佳,交联时间更长,延缓交联性能更佳,压裂液摩阻更低。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种加重压裂液,其特征在于,按重量百分比计,所述加重压裂液包括0.32~0.47wt%的羟丙基胍胶、0.40~0.70wt%份的有机硼交联剂、33.3~81.3wt%甲酸钾、0.13~0.30wt%的交联延缓剂、0.30~0.50wt%的助排剂、0.05~0.10wt%的氢氧化钠以及余量的水;其中所述交联延缓剂为葡萄糖酸钠或半乳甘露聚糖,或者所述交联延缓剂为为甘露醇、葡萄糖酸钠、半乳甘露聚糖中的至少两种。
2.根据权利要求1所述的加重压裂液,其特征在于,按重量百分比计,所述加重压裂液包括0.40~0.47wt%的所述羟丙基胍胶、0.55~0.70wt%份的所述有机硼交联剂、57.1~81.3wt%的所述甲酸钾、0.20~0.30wt%的所述交联延缓剂、0.40~0.50wt%的所述助排剂、0.07~0.10wt%的所述氢氧化钠以及余量的水。
3.根据权利要求1所述的加重压裂液,其特征在于,
所述交联延缓剂包括甘露醇和葡萄糖酸钠,且二者重量比为1:1~1.5;或者,
所述交联延缓剂包括葡萄糖酸钠和半乳甘露聚糖,且二者重量比为2~2.5:1。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加重压裂液,其特征在于,所述有机硼交联剂为DY-1。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的加重压裂液,其特征在于,所述助排剂为氟碳类表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的加重压裂液,其特征在于,所述助排剂为MJ-1。
7.一种权利要求1至6中任一项所述的加重压裂液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将第一部分水、甲酸钾、羟丙基胍胶、第一部分交联延缓剂与助排剂混合,得到甲酸钾加重压裂液基液;
S2,将第二部分水、有机硼交联剂、第二部分交联延缓剂与氢氧化钠混合,得到甲酸钾加重压裂液交联液;
S3,将所述甲酸钾加重压裂液基液与所述甲酸钾加重压裂液交联液混合,得到所述加重压裂液。
8.根据权利要求7所述的加重压裂液的制备方法,其特征在于,所述第一部分交联延缓剂与所述第二部分交联延缓剂的重量比为5~20:1。
9.根据权利要求7所述的加重压裂液的制备方法,其特征在于,所述甲酸钾加重压裂液基液与所述甲酸钾加重压裂液交联液的重量比为98~100:1。
10.根据权利要求7所述的加重压裂液的制备方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
将所述第一部分水和所述甲酸钾在搅拌的状态下混合,得到甲酸钾溶液;
在搅拌状态下向所述甲酸钾溶液中加入所述羟丙基胍胶,得到甲酸钾加重胍胶基液;
在搅拌状态下向所述甲酸钾加重胍胶基液中依次加入所述第一部分交联延缓剂和所述助排剂,得到所述甲酸钾加重压裂液基液。
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Citations (5)
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US5658861A (en) * | 1994-03-15 | 1997-08-19 | Dowell Schlumberger Incorporated | Delayed borate crosslinked fracturing fluid having increased temperature range |
CN102154001A (zh) * | 2011-03-02 | 2011-08-17 | 陕西科技大学 | 一种固体有机硼延时交联剂的制备方法 |
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2020
- 2020-11-09 CN CN202011242726.8A patent/CN113136197B/zh active Active
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