CN114524899A - 一种丙烯酸酯类基液及其制备方法、堵漏剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种丙烯酸酯类基液及其制备方法、堵漏剂及其应用，属于钻井堵漏技术领域，本发明首先将丙烯酸酯类单体进行聚合反应，再与丙烯酸酯类单体混合，能够提高丙烯酸酯类基液的粘度，在保证能够顺利泵入待处理地层的同时，提高了丙烯酸酯类基液在漏失地层中的滞留性，使其不易流失，提高堵漏效果；加入稳定剂，能够提高基液的稳定性，进一步提高堵漏效果；本发明提供的基液与引发剂和调节剂混合制备的堵漏剂，在固化后具有优异的抗压能力和承压能力。实施例的结果显示，本发明制备的基液的粘度能够达到800mpa·s，制备的堵漏剂承受最大压力值为22.3KN。
Description
技术领域
本发明涉及钻井堵漏技术领域，尤其涉及一种丙烯酸酯类基液及其制备方法、堵漏剂及其应用。
背景技术
近年来，随着油气资源勘探开发的不断深入，井下环境更加复杂，施工难度日益增大，造成井漏等钻井事故频发。井漏会流失大量工作液，污染储层，严重延误施工，甚至还可能引起井喷、井塌等其他重大事故，经济损失巨大。因此，在钻井施工作业中，运用有效的技术手段来预防、治理井漏尤为重要。传统的堵漏方法包括桥接堵漏、水泥浆堵漏、聚合物凝胶堵漏等，但是，桥接堵漏材料形变能力与膨胀能力差，“难架桥”、“易封门”现象突出；水泥浆堵漏极易对油气储层造成污染，在含水底层堵漏时易被地层水稀释，无法保证堵漏施工效果；聚合物凝胶体系作为堵漏材料，对底层漏失通道适应性强，但多数凝胶体系存在抗温能力不足，凝胶强度弱，承受能力差的问题。
丙烯酸酯类单体在地层中聚合后能够形成长链体型结构，强度高，抗压能力强，逐渐在堵漏材料中受到关注。现有技术中一般是将丙烯酸酯类单体直接与引发剂混合后注入漏失地层，但此时丙烯酸酯类堵漏剂的粘度低，在漏失地层中滞留性差，极易流失，进而导致堵漏作业失败，堵漏成功率低。
因此，如何提高丙烯酸酯类堵漏剂的滞留性，提高其堵漏效果成为现有技术的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丙烯酸酯类基液及其制备方法、堵漏剂及其应用。本发明制备的丙烯酸酯类基液具有较好的粘度，在漏失地层中滞留性好，不易流失，由丙烯酸酯类基液制备的堵漏剂固化后抗压强度高、承受能力强，具有优异的堵漏效果。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种丙烯酸酯类基液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸酯类单体和引发剂混合进行聚合反应，得到聚合溶液；
(2)将所述步骤(1)得到的聚合溶液与稳定剂混合，得到初始液；
(3)将所述步骤(2)得到的初始液和丙烯酸酯类单体混合，得到丙烯酸酯类基液。
优选地，所述步骤(1)和(3)中的丙烯酸酯类单体独立地包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或多种。
优选地，所述步骤(1)中的引发剂包括过氧化类引发剂和偶氮类引发剂中的一种或多种。
优选地，所述步骤(1)中引发剂和丙烯酸酯类单体的质量比为(0.01～0.03)：100。
优选地，所述步骤(1)中聚合反应的温度为70～80℃，聚合反应的时间为50～60min。
优选地，所述步骤(2)中的稳定剂包括对苯二酚或对羟基苯甲醚；所述稳定剂和所述步骤(1)中丙烯酸酯类单体的质量比为(0.01～0.05)：100。
优选地，所述步骤(3)中初始液和丙烯酸酯类单体的质量比为(1～9)：1。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的丙烯酸酯类基液。
本发明还提供了一种堵漏剂，包括上述技术方案所述的丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的堵漏剂在堵漏领域中的应用。
本发明提供了一种丙烯酸酯类基液的制备方法，包括以下步骤：(1)将丙烯酸酯类单体和引发剂混合进行聚合反应，得到聚合溶液；(2)将所述步骤(1)得到的聚合溶液与稳定剂混合，得到初始液；(3)将所述步骤(2)得到的初始液和丙烯酸酯类单体混合，得到丙烯酸酯类基液。本发明首先将丙烯酸酯类单体进行聚合反应，得到聚合溶液，再与丙烯酸酯类单体混合，能够提高丙烯酸酯类基液的粘度，在保证能够顺利泵入待处理地层的同时，提高了丙烯酸酯类基液在漏失地层中的滞留性，使其不易流失，提高堵漏效果；加入稳定剂，能够提高基液的稳定性，进一步提高堵漏效果；本发明提供的基液与引发剂和调节剂混合制备的堵漏剂，在固化后具有优异的抗压能力和承压能力。实施例的结果显示，本发明制备的基液的粘度能够达到800mpa·s，制备的堵漏剂承受最大压力值为22.3KN。
附图说明
图1为本发明实施例1～6、对比例1中使用的甲基丙烯酸酯单体以及制备的丙烯酸酯类基液的粘度。
具体实施方式
本发明提供了一种丙烯酸酯类基液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸酯类单体和引发剂混合进行聚合反应，得到聚合溶液；
(2)将所述步骤(1)得到的聚合溶液与稳定剂混合，得到初始液；
(3)将所述步骤(2)得到的初始液和丙烯酸酯类单体混合，得到丙烯酸酯类基液。
如无特殊说明，本发明对所述各组分的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明将丙烯酸酯类单体和引发剂混合进行聚合反应，得到聚合溶液。
在本发明中，所述丙烯酸酯类单体优选包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或多种，更优选包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯。在本发明中，所述甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的质量比优选为100：(10～20)：(3～5)。本发明将丙烯酸酯类单体的组成及各组分的质量限定在上述范围内，能够使得聚合溶液具有更为合适的粘度，进一步提高基液的滞留性，提高其堵漏效果。
在本发明中，所述引发剂优选包括过氧化类引发剂和偶氮类引发剂中的一种或多种。
在本发明中，所述引发剂和丙烯酸酯类单体的质量比优选为(0.01～0.03)：100，更优选为(0.015～0.025)：100，最优选为0.02：100。
本发明将引发剂和丙烯酸酯类单体的质量比限定在上述范围内，能够使得聚合溶液具有适宜的粘度，进一步提高基液的堵漏效果。
本发明对所述丙烯酸酯类单体和引发剂的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。
在本发明中，所述聚合反应的温度优选为70～80℃，更优选为75℃；所述聚合反应的时间优选为50～60min，更优选为55min。在本发明中，所述聚合反应优选在水浴条件下进行。在本发明中，所述聚合反应优选在搅拌条件下进行，所述搅拌优选为机械搅拌，所述搅拌的速率优选为100～200rpm，更优选为150rpm。本发明将聚合反应的温度和时间限定在上述范围内，能够使得聚合溶液具有更为适宜的粘度，进一步提高基液的堵漏效果。
聚合反应完成后，本发明优选将所述聚合反应的产物进行冷却，得到聚合溶液。
在本发明中，所述冷却优选包括两个阶段。在本发明中，所述冷却的第一阶段优选在水浴条件下进行，所述水浴的温度优选为28～35℃，更优选为30℃；所述冷却的第一阶段的时间优选为20～30min，更优选为25min；所述冷却的第一阶段优选在搅拌条件下进行，所述搅拌优选为机械搅拌，所述搅拌的速率优选为100～200rpm，更优选为150rpm。
在本发明中，所述冷却的第二阶段优选为自然冷却，所述冷却的终点优选为室温。
得到聚合溶液后，本发明将所述聚合溶液与稳定剂混合，得到初始液。
在本发明中，所述稳定剂优选包括对苯二酚或对羟基苯甲醚。
在本发明中，所述稳定剂和制备聚合溶液所用的丙烯酸酯类单体的质量比优选为(0.01～0.05)：100，更优选为(0.02～0.04)：100，最优选为0.03:100。
本发明将稳定剂和制备聚合溶液所用的丙烯酸酯类单体的质量比限定在上述范围内，能够避免基液在储存过程中发生自聚合，提高基液的稳定性。
本发明对所述聚合溶液与稳定剂的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。
得到初始液后，本发明将所述初始液和丙烯酸酯类单体混合，得到丙烯酸酯类基液。
在本发明中，所述丙烯酸酯类单体优选包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或多种。
在本发明中，所述初始液和丙烯酸酯类单体的质量比优选为(1～9)：1，更优选为(2～7)：1，最优选为(4～6)：1。本发明将初始液和丙烯酸酯类单体的质量比限定在上述范围内，能够使得基液具有较为合适的粘度，在保证顺利泵入待处理地层的同时，提高其滞留性，进一步提高其堵漏效果。
本发明对所述初始液和丙烯酸酯类单体的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。
本发明首先将丙烯酸酯类单体进行聚合反应，得到聚合溶液，再与丙烯酸酯类单体混合，能够提高丙烯酸酯类基液的粘度，在保证能够顺利泵入待处理地层的同时，提高了丙烯酸酯类基液在漏失地层中的滞留性，使其不易流失，提高堵漏效果；加入稳定剂，能够提高基液的稳定性，控制各组分的用量、反应温度和时间等工艺参数，进一步提高堵漏效果。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的丙烯酸酯类基液。
本发明提供的丙烯酸酯类基液具有较高的粘度，进一步提高其堵漏效果。
本发明还提供了一种堵漏剂，包括上述技术方案所述的丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂。
在本发明中，所述引发剂优选包括过氧化类引发剂和偶氮类引发剂中的一种或多种。
在本发明中，所述调节剂优选包括吩噻嗪。
在本发明中，所述丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比优选为10000：(1～3)：(1～5)。
本发明将丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比限定在上述范围内，能够使得堵漏剂具有较好的聚合速率，提高固化产物的交联密度，进一步提高固化产物的抗压能力，同时能够调节堵漏剂的固化时间，进一步提高其堵漏效果。
在本发明中，所述堵漏剂的成胶温度优选为60～150℃；所述堵漏剂的成胶时间优选为1～8h。
本发明提供的堵漏剂在固化后具有优异的抗压能力和承压能力。
本发明还提供了上述技术方案所述的堵漏剂在堵漏领域中的应用。
本发明对所述堵漏剂在堵漏领域中的应用的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的堵漏剂在堵漏领域中的应用的技术方案即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)取1000份甲基丙烯酸甲酯、200份甲基丙烯酸异丁酯、30份甲基丙烯酸异冰片酯(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的质量比为100:20:3)加入烧瓶中，置于75℃水浴锅中加热，取0.15份引发剂偶氮二异丁腈(引发剂的质量与甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.012:100)加入烧瓶中，在150rpm下搅拌55min，降低水浴温度为30℃，以150rpm搅拌反应20min，停止加热，移走水浴锅，继续以150rpm搅拌使反应体系彻底冷却至室温，加入0.5份稳定剂对苯二酚(稳定剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.04:100)，搅拌均匀，得到初始液；
(2)取450份初始液与50份甲基丙烯酸甲酯单体混合(初始液和甲基丙烯酸甲酯的质量比为9:1)，搅拌均匀，得到基液。
实施例2
(1)取1000份甲基丙烯酸甲酯、200份甲基丙烯酸异丁酯、50份甲基丙烯酸异冰片酯(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的质量比为100:20:5)加入烧瓶中，置于75℃水浴锅中加热，取0.15份引发剂偶氮二异丁腈(引发剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.012:100)加入烧瓶中，在150rpm下搅拌55min，降低水浴温度为30℃，以150rpm搅拌反应20min，停止加热，移走水浴锅，继续以150rpm搅拌使反应体系彻底冷却至室温，加入0.5份稳定剂对苯二酚(稳定剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.04:100)，搅拌均匀，得到初始液；
(2)取400份初始液与100份甲基丙烯酸甲酯单体混合(初始液和甲基丙烯酸甲酯的质量比为4:1)，搅拌均匀，得到基液。
实施例3
(1)取1000份甲基丙烯酸甲酯、150份甲基丙烯酸异丁酯、30份甲基丙烯酸异冰片酯(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的质量比为100:15:3)加入烧瓶中，置于75℃水浴锅中加热，取0.15份引发剂偶氮二异丁腈(引发剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.013:100)加入烧瓶中，在150rpm下搅拌55min，降低水浴温度为30℃，以150rpm搅拌反应20min，停止加热，移走水浴锅，继续以150rpm搅拌使反应体系彻底冷却至室温，加入0.5份稳定剂对苯二酚(稳定剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.042:100)，搅拌均匀，得到初始液；
(2)取350份初始液与150份甲基丙烯酸甲酯单体混合(初始液和甲基丙烯酸甲酯的质量比为2.3:1)，搅拌均匀，得到基液。
实施例4
(1)取1000份甲基丙烯酸甲酯、150份甲基丙烯酸异丁酯、40份甲基丙烯酸异冰片酯(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的质量比为100:15:4)加入烧瓶中，置于75℃水浴锅中加热，取0.15份引发剂偶氮二异丁腈(引发剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.013:100)加入烧瓶中，在150rpm下搅拌55min，降低水浴温度为30℃，以150rpm搅拌反应20min，停止加热，移走水浴锅，继续以150rpm搅拌使反应体系彻底冷却至室温，加入0.5份稳定剂对苯二酚(稳定剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.042:100)，搅拌均匀，得到初始液；
(2)取300份初始液与200份甲基丙烯酸甲酯单体混合(初始液和甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.5:1)，搅拌均匀，得到基液。
实施例5
(1)取1000份甲基丙烯酸甲酯、100份甲基丙烯酸异丁酯、40份甲基丙烯酸异冰片酯(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的质量比为100:10:4)加入烧瓶中，置于75℃水浴锅中加热，取0.15份引发剂偶氮二异丁腈(引发剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.013:100)加入烧瓶中，在150rpm下搅拌55min，降低水浴温度为30℃，以150rpm搅拌反应20min，停止加热，移走水浴锅，继续以150rpm搅拌使反应体系彻底冷却至室温，加入0.5份稳定剂对苯二酚(稳定剂的质量和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯的总质量之比为0.044:100)，搅拌均匀，得到初始液；
(2)取250份初始液与250份甲基丙烯酸甲酯单体混合(初始液和甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:1)，搅拌均匀，得到基液。
对比例1
(1)取1000份甲基丙烯酸甲酯、100份甲基丙烯酸异丁酯、40份甲基丙烯酸异冰片酯加入烧瓶中，置于75℃水浴锅中加热，取0.15份引发剂偶氮二异丁腈加入烧瓶中，在150rpm下搅拌55min，降低水浴温度为30℃，以150rpm搅拌反应20min，停止加热，移走水浴锅，继续以150rpm搅拌使反应体系彻底冷却至室温，加入0.5份稳定剂对苯二酚，搅拌均匀，得到初始液；
(2)取500份初始液得到基液。
使用NDJ-1粘度计测量实施例1～5丙烯酸酯类基液、对比例1丙烯酸酯类基液的粘度，并同时测量甲基丙烯酸甲酯单体的粘度，结果列于图1中。从图1中可以看出，实施例1～5制备的丙烯酸酯类基液较甲基丙烯酸甲酯单体具有较高的粘度，同时又不至于过高，能够保证其顺利泵入待处理地层。
将实施例1～5和对比例1制备的丙烯酸酯类基液在室温下进行保存，定时使用NDJ-1粘度计测量其粘度，同时观察基液是否反应固化，以评价基液的稳定性，结果列于表1中。
表1实施例1～5和对比例1制备的丙烯酸酯类基液在室温下的稳定性
采用相同的方法，测试实施例1～5、对比例1制备的丙烯酸酯类基液在50℃的稳定性，结果列于表2中。
表2实施例1～5和对比例1制备的丙烯酸酯类基液在50℃的稳定性
从表1和表2中可以看出，本发明制备的基液稳定性良好，在室温及50℃放置15d，粘度略有增加，无固化现象，满足储运、施工要求。
实施例6
将实施例2制备的丙烯酸酯类基液与引发剂过氧化苯甲酰和调节剂吩噻嗪混合(丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比为10000：1：1)，得到堵漏剂。
实施例7
将实施例6中丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比替换为10000：2：1。
实施例8
将实施例6中丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比替换为10000：3：1。
实施例9
将实施例6中丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比替换为10000：1：2。
实施例10
将实施例6中丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比替换为10000：1：3。
实施例11
将实施例6中丙烯酸酯类基液替换为实施例3制备的丙烯酸酯类基液，其他参数均与实施例6相同。
实施例12
将实施例11中丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比替换为10000：1：2。
实施例13
将实施例11中丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比替换为10000：1：3。
实施例14
将实施例13中丙烯酸酯类基液替换为实施例4制备的丙烯酸酯类基液，其他参数均与实施例13相同。
实施例15
将实施例14中丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂的质量比替换为10000：1：5。
将实施例6～15制备的堵漏剂搅拌均匀，在不同温度下观察体系反应情况，当体系进入快速反应阶段，粘度急剧变大时记录成胶时间，待体系完成固化后，取出固化产物，切割出直径5cm，高5cm圆柱状胶塞，使用VSRD-2015匀加荷压力试验机进行抗压试验，记录胶塞承受最大压力值，结果列于表3中。
表3实施例6～15堵漏剂的成胶时间
从表3中可以看出，在相同比例下，温度越高，成胶时间越短，在相同温度下，调节剂加量越少，引发剂加量越多，体系成胶时间越短。体系在60～150℃下，最终成胶时间在1～8h内可以调整，在实际施工中，可根据漏失地层的温度，合理的选择交联比，以保证施工的安全与效果。本发明固化后的胶塞抗压10KN以上，最大抗压达20KN以上，具有高的抗压能力。
将实施例3的基液注入内径1.5"圆柱状承压管内(承压管两端密封，同时有加压阀可以往内部加压)，使基液液柱高度为20cm，按交联比10000:1:3加入引发剂过氧化苯甲酰、调节剂为吩噻嗪，混合均匀。圆柱状承压管立于加热套内90℃恒温加热，待体系完全反应固化后，打开承压管上、下端密封盖，在堵漏剂胶塞上部注入部分清水后旋紧上部加压阀，通过上端加压阀注入氮气加压，测试堵漏剂胶塞承压能力，当承压管下部有水滴渗出时实验结束，结果列于表4中。
表4实施例13堵漏剂固化后的承压效果
从表4中可以看出，在内径1.5"圆柱状承压管内，20cm长度的堵漏剂段塞最大悬空承压可达3.5Mpa，承压性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种丙烯酸酯类基液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸酯类单体和引发剂混合进行聚合反应，得到聚合溶液；
(2)将所述步骤(1)得到的聚合溶液与稳定剂混合，得到初始液；
(3)将所述步骤(2)得到的初始液和丙烯酸酯类单体混合，得到丙烯酸酯类基液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和(3)中的丙烯酸酯类单体独立地包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的引发剂包括过氧化类引发剂和偶氮类引发剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中引发剂和丙烯酸酯类单体的质量比为(0.01～0.03)：100。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚合反应的温度为70～80℃，聚合反应的时间为50～60min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的稳定剂包括对苯二酚或对羟基苯甲醚；所述稳定剂和所述步骤(1)中丙烯酸酯类单体的质量比为(0.01～0.05)：100。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中初始液和丙烯酸酯类单体的质量比为(1～9)：1。
8.权利要求1～7任意一项所述制备方法制备的丙烯酸酯类基液。
9.一种堵漏剂，包括权利要求8所述的丙烯酸酯类基液、引发剂和调节剂。
10.权利要求9所述的堵漏剂在堵漏领域中的应用。
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