CN118167254A - 一种提捞排采用组合活塞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提捞排采用组合活塞,属于天然气采气工具技术领域,为了解决解决提捞排采过程中无法同时保证通过性、密封性及压力安全性的问题,所述提捞排采用组合活塞包括至少一个膨胀活塞(1)、至少一个垫块式活塞(2)和一个垫块式导向活塞(3),膨胀活塞(1)、垫块式活塞(2)和垫块式导向活塞(3)的上端均设置有万向节球头,膨胀活塞(1)和垫块式活塞(2)的下端均设置有万向节球座,所述万向节球头与所述万向节球座连接,垫块式导向活塞(3)位于所述提捞排采用组合活塞的下端。所述提捞排采用组合活塞的结构简单、成本低,可广泛应用于提捞式排液采气工艺。
Description
技术领域
本发明涉及天然气采气工具技术领域,具体的是一种提捞排采用组合活塞。
背景技术
提捞式排水采气技术属于天然气井钢丝作业的范畴,但与常规钢丝作业也存在明显的差异:钢丝直径大、井下工具串外径大、井下工具串需要具有良好的通过性、密封性和高寿命。现需要采用提捞排采技术的气井绝大多数是老井,油管在井下服役一般在5年以上,甚至10年以上,油管内壁因结垢结蜡腐蚀等因素,内表面很粗糙,严重影响工具串的通过性和密封性,如何确保工具串在这样的油管内可顺利的通过还能可靠的密封就是一个很难解决的难题。另外,在作业过程中,很可能出现气井突然被激活,油压、套压可能瞬间突然增高,可能导致工具串瞬间快速被气顶上升,导致钢丝在油管内打搅,引发复杂的井下事故。
目前公开的技术方案中,针对提捞作业时因油管结垢而导致井下工具下入困难、通过性差的问题,通常采用机械钻铣或化学除垢的方式,成本较高。针对因压力激增导致井下复杂事故,现有的技术方案通过在井口采取压力控制实现:一方面可通过转动阀杆对井口进行泄压的方式来实现井口的压力控制,从而防止井喷发生;另一方面可通过提高防喷盒的密封性,通过加装密封垫、改进防喷盒装置、减少防喷盒密封压力等来提高提捞作业井口装置安全性,操作复杂。现有的装置中暂未提供一种能同时保证通过性、密封性及压力安全性的技术方案,具有一定局限性。
发明内容
为了解决提捞排采过程中无法同时保证通过性、密封性及压力安全性的问题,本发明提供了一种提捞排采用组合活塞,所述提捞排采用组合活塞包括膨胀活塞、垫块式活塞和垫块式导向活塞,采用万向节快速接头连接,可根据需要任意组合;在通过油管内壁时,利用弹簧回弹力、开口薄壁管的弹性性能实现了工具串良好的通过性和密封性;在气藏被激活、压力激增时,利用活塞活动性及建立的泄压通道,可快速平衡压力,避免活塞被快速上顶造成事故。另外,所述提捞排采用组合活塞的结构简单、成本低,可广泛应用于提捞式排液采气工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种提捞排采用组合活塞,包括至少一个膨胀活塞、至少一个垫块式活塞和一个垫块式导向活塞,膨胀活塞、垫块式活塞和垫块式导向活塞的上端均设置有万向节球头,膨胀活塞和垫块式活塞的下端均设置有万向节球座,所述万向节球头与所述万向节球座连接,垫块式导向活塞位于所述提捞排采用组合活塞的下端。
本发明的有益效果是:
1、各部分活塞之间采用万向节快速接头连接,可实现任意组合,使用灵活。
2、实现了井下工具串良好的通过性和密封性,在使用时能满足工具串顺利上下通过油管、上行时满足足够的密封性避免液柱严重漏失、异常高压时可快速平衡工具串上下压力或将工具串锁住在油管某个位置防止快速上升引起钢丝打搅,提高作业效率及安全性。
3、结构组成简单,成本低,应用灵活,可广泛应用于提捞式排液采气工艺。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述提捞排采用组合活塞的示意图。
图2是膨胀活塞的示意图。
图3是第一上接头的示意图。
图4是垫块式活塞的示意图。
图5是第二上接头的示意图。
图6是垫块式导向活塞的示意图。
图7是第三上接头的示意图。
附图标记说明如下:
1、膨胀活塞;2、垫块式活塞;3、垫块式导向活塞;
11、第一上接头;12、中心管;13、膨胀筒;14、密封球;15、转换短节;16、第一下接头;17、环形空腔;18、连接短节;19、环形空间;
111、第一球头段;112、第一小径段;113、第一大径段;114、外通孔;
121、内通孔;
21、第二上接头;22、第一芯轴螺母;23、第一挡环;24、第一垫块;25、第一弹性部件;26、第一芯轴管;27、第一芯轴球座;28、第一下球座;29、第二下接头;
211、第二球头段;212、第二上中径段;213、第二大径段;214、第二下中径段;215、第二小径段;
2141、第二凹槽;
31、第三上接头;32、第二芯轴螺母;33、第二挡环;34、第二垫块;35、第二弹性部件;36、第二芯轴管;37、第二芯轴球座;38、第二下球座;39、第三下接头;
311、第三球头段;312、第三上中径段;313、第三大径段;314、第三下中径段;315、第三小径段;
3141、第三凹槽。
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种提捞排采用组合活塞,包括至少一个膨胀活塞1、至少一个垫块式活塞2和一个垫块式导向活塞3,膨胀活塞1、垫块式活塞2和垫块式导向活塞3的上端均设置有万向节球头,膨胀活塞1和垫块式活塞2的下端均设置有万向节球座,任何一个所述万向节球头与任何一个所述万向节球座均可以匹配连接,垫块式导向活塞3位于所述提捞排采用组合活塞的下端,如图1所示。
在提捞排采用组合活塞中,膨胀活塞1的数量和位置可以根据需要任意选择确定,垫块式活塞2的数量和位置可以根据需要任意选择确定,垫块式导向活塞3仅为一个且位于所述提捞排采用组合活塞的最下端。一个膨胀活塞1的万向节球座可以与另一个膨胀活塞1、一个垫块式活塞2或一个垫块式导向活塞3的万向节球头匹配连接,一个垫块式活塞2的万向节球座可以与一个膨胀活塞1、另一个垫块式活塞2或一个垫块式导向活塞3的万向节球头匹配连接。例如,所述提捞排采用组合活塞包括从上向下依次连接的膨胀活塞1、垫块式活塞2和垫块式导向活塞3。
在本实施例中,膨胀活塞1含有从上向下依次连接的第一上接头11、中心管12、转换短节15、第一下接头16,中心管12外套设有膨胀筒13,膨胀筒13和中心管12之间形成环形空腔17,膨胀筒13的下端通过连接短节18与转换短节15密封固定连接,膨胀筒13的下端与连接短节18螺纹连接,中心管12内设置有密封球14,密封球14能够与转换短节15坐封连接,如图2所示。
在本实施例中,第一上接头11含有从上向下依次设置的第一球头段111、第一小径段112和第一大径段113,膨胀活塞1的上端的万向节球头为第一球头段111,中心管12的上端套设于第一大径段113内,中心管12与第一大径段113螺纹连接,中心管12的侧壁上设有多个内通孔121,中心管12的下端通过连接短节18与转换短节15固定连接,转换短节15为筒形结构,连接短节18的两端分别与中心管12和转换短节15螺纹连接,膨胀活塞1的下端的万向节球座位于第一下接头16的下部,第一下接头16的上端与转换短节15的下端螺纹连接,膨胀活塞1的下端的万向节球座的内部与转换短节15的内部连通,如图2和图3所示。
万向节球座的侧壁设置T形缺口,所述万向节球头能够从T形缺口的上部进入万向节球座的内部,万向节球座的下端内设有内凸环,内凸环的内径小于所述万向节球头的外径,所述万向节球头与内凸环,内凸环能够防止所述万向节球头脱离万向节球座。
在本实施例中,第一大径段113与中心管12之间形成环形空间19,环形空间19与环形空腔17连通,第一大径段113的侧壁上设置有外通孔114,膨胀筒13的上端与第一大径段113的下端螺纹连接,膨胀筒13的下端与转换短节15的上端螺纹连接,膨胀筒13的材质为65金属,膨胀筒13能够在内部受到压力后径向膨胀。
膨胀筒13的上下两端之间含有依次连接的直筒段和锥筒段,所述锥筒段的下端外径小于所述锥筒段的上端外径,膨胀活塞1外的高压流体能够依次经过外通孔114和环形空间19后进入环形空腔17,并使所述直筒段和锥筒段膨胀扩张,所述直筒段的外径可以增大4mm-8mm。膨胀筒13的材质(如65Mn钢)为现有弹性较好的金属。膨胀筒13的具体尺寸和材质可以根据有限次实验获得。
在本实施例中,垫块式活塞2含有上下连接的第二上接头21和第二下接头29,第二上接头21外套设有第一芯轴管26,第一芯轴管26外从上向下依次套设有第一芯轴螺母22、上部的第一挡环23、第一垫块组件、下部的第一挡环23和第一芯轴球座27,所述第一垫块组件含有多个条形的第一垫块24,第一垫块24沿第二上接头21的轴向延伸,第一垫块24和第一芯轴管26之间设置有第一弹性部件25,第一垫块24能够沿第二上接头21的直径方向移动,第一弹性部件25能够使第一垫块24远离第一芯轴管26,如图4所示。
在本实施例中,第二上接头21含有从上向下依次设置的第二球头段211、第二上中径段212、第二大径段213、第二下中径段214和第二小径段215,第二垫块式活塞2的上端的万向节球头为第二球头段211,第一芯轴管26套设于第二下中径段214外,第二小径段215与第二下接头29螺纹连接,垫块式活塞2的下端的万向节球座位于第二下接头29的下部,第一芯轴球座27的下端的内表面设置有轴向凹槽,第一芯轴球座27和第二下接头29之间设置有第一下球座28,第一芯轴球座27能够与第一下球座28抵接,第一下球座28套设于第二小径段215外,第一下球座28与第二小径段215螺纹连接,如图4和图5所示。
在本实施例中,第二下中径段214的外表面设有多个第二凹槽2141,第二凹槽2141沿第二上接头21的轴向延伸,多个第二凹槽2141沿第二上接头21的周向间隔排列,第一芯轴螺母22的上方和第一芯轴球座27的上方通过第二凹槽2141连通,第一芯轴螺母22与第一芯轴管26螺纹连接,第一芯轴螺母22将上部的第一挡环23固定于第一芯轴管26外,第一垫块24的上端位于上部的第一挡环23和第一芯轴管26之间,第一芯轴球座27与第一芯轴管26螺纹连接,第一芯轴球座27将下部的第一挡环23固定于第一芯轴管26外,第一垫块24的下端位于下部的第一挡环23和第一芯轴管26之间,上部的第一挡环23和下部的第一挡环23能够阻止第一垫块24脱离垫块式活塞2,第一垫块24的材质为金属。第一垫块24和第一芯轴管26之间设置有两个第一弹性部件25,第一弹性部件25为弹簧,弹簧的两端分别与第一垫块24和第一芯轴管26连接。
在本实施例中,垫块式导向活塞3含有上下连接的第三上接头31和第三下接头39,第三上接头31外套设有第二芯轴管36,第二芯轴管36外从上向下依次套设有第二芯轴螺母32、上部的第二挡环33、第二垫块组件、下部的第二挡环33和第二芯轴球座37,所述第二垫块组件含有多个条形的第二垫块34,第二垫块34沿第三上接头31的轴向延伸,第二垫块34和第二芯轴管36之间设置有第二弹性部件35,第二垫块34能够沿第三上接头31的直径方向移动,第二弹性部件35能够使第二垫块34远离第二芯轴管36,如图6所示。
在本实施例中,第三上接头31含有从上向下依次设置的第三球头段311、第三上中径段312、第三大径段313、第三下中径段314和第三小径段315,垫块式导向活塞3的上端的万向节球头为第三球头段311,第二芯轴管36套设于第三下中径段314外,第三小径段315与第三下接头39螺纹连接,第三下接头39的下端为顶端朝下的锥形结构,第二芯轴球座37的下端的内表面设置有轴向凹槽,第二芯轴球座37和第三下接头39之间设置有第二下球座38,第二芯轴球座37能够与第二下球座38抵接,第二下球座38套设于第三小径段315外,第二下球座38与第二小径段215螺纹连接,如图6和图7所示。
在本实施例中,第三下中径段314的外表面设有多个第三凹槽3141,第三凹槽3141沿第三上接头31的轴向延伸,多个第三凹槽3141沿第三上接头31的周向间隔排列,第二芯轴螺母32的上方和第二芯轴球座37的上方通过第三凹槽3141连通,第二芯轴螺母32与第二芯轴管36螺纹连接,第二芯轴螺母32将上部的第二挡环33固定于第二芯轴管36外,第二垫块34的上端位于上部的第二挡环33和第二芯轴管36之间,第二芯轴球座37与第二芯轴管36螺纹连接,第二芯轴球座37将下部的第二挡环33固定于第二芯轴管36外,第二垫块34的下端位于下部的第二挡环33和第二芯轴管36之间,上部的第二挡环33和下部的第二挡环33能够阻止第二垫块34脱离垫块式导向活塞3,第二垫块34的材质为金属。第二垫块34和第二芯轴管36之间设置有两个第二弹性部件35,第二弹性部件35为弹簧,弹簧的两端分别与第二垫块34和第二芯轴管36连接。
在膨胀活塞1中的组装关系是:转换短节15下部连接第一下接头16,连接短节的上部连接中心管12和膨胀筒13,密封球14放入中心管12后,在中心管12顶部连接第一上接头11。膨胀活塞1、垫块式活塞2和垫块式导向活塞3内均不含橡胶件,全部为金属零件,耐温高,耐磨性好,寿命长。
在垫块式活塞2中的组装关系是:第一芯轴螺母22、第一挡环23、第一垫块24、第一弹性部件25、第一芯轴管26、第一芯轴球座27组成第一活动活塞,第一弹性部件25安装到第一芯轴管26外部,第一垫块24压在第一弹性部件25上,在第一芯轴管26上部依次安装第一挡环23、第一芯轴螺母22,第一芯轴管26下部依次安装第一挡环23、第一芯轴球座27,将第一活动活塞装到第二上接头21后,在第二上接头21下部依次连接第一下球座28和第二下接头29。垫块式导向活塞3的组装关系与垫块式活塞2的组装关系基本相同,相应的,垫块式导向活塞3中含有第二活动活塞。
下面以所述提捞排采用组合活塞包括从上向下依次连接的膨胀活塞1、垫块式活塞2和垫块式导向活塞3为例,介绍所述提捞排采用组合活塞的工作过程。
所述提捞排采用组合活塞在下行过程中,膨胀活塞1的上面没有液柱,膨胀筒13为自然状态,膨胀筒13与油管内壁之间有2mm-5mm的间隙,垫块式活塞2中的第一垫块24、垫块式导向活塞3中的第二垫块34仅受弹簧(第一弹性部件25和第二弹性部件35)力作用与油管内壁接触,弹簧的弹性系数为3-5,摩擦力较小,所述提捞排采用组合活塞下行阻力小,通过性好。
所述提捞排采用组合活塞在上行过程中,膨胀活塞1的上面有液柱,粘稠的液体进入膨胀筒13内,使膨胀筒13径向扩张为膨胀状态,膨胀筒13与油管内壁接触,垫块式活塞2中的第一垫块24、垫块式导向活塞3中的第二垫块34受弹簧力和液柱压力的双重作用与油管内壁接触,确保密封效果。膨胀活塞1的膨胀筒13是开口的薄壁形结构,具有弹性,外径变化范围为4mm-8mm,垫块式活塞2的第一垫块24和垫块式导向活塞3的第二垫块34各为3瓣-4瓣,每瓣下面有2根弹簧支撑,外径变化范围为5mm-10mm,即第一垫块24和第二垫块34处的外径变化范围为5mm-10mm。
当气藏被激活,压力突然剧增时,膨胀活塞1中的密封球14被顶起,膨胀活塞1上下压力泄压通道打开,即膨胀活塞1的下方和膨胀活塞1的上方通过膨胀活塞1的内部连通,垫块式活塞2的第一活动活塞和垫块式导向活塞3的第二活动活塞会自动上移,第一活动活塞和第二活动活塞上下压力泄压通道打开,垫块式活塞2和垫块式导向活塞3的上下压力,避免所述提捞排采用组合活塞被快速上顶造成事故。
为了便于理解和描述,本发明中采用了绝对位置关系进行表述,如无特别说明,其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向,方位词“下”表示图1中的下侧方向。本发明采用了阅读者或使用者的观察视角进行描述,但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。
以上所述,仅为本发明的具体实施例,不能以其限定发明实施的范围,所以其等同组件的置换,或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰,都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外,本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案、实施例与实施例之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种提捞排采用组合活塞,其特征在于,所述提捞排采用组合活塞包括至少一个膨胀活塞(1)、至少一个垫块式活塞(2)和一个垫块式导向活塞(3),膨胀活塞(1)、垫块式活塞(2)和垫块式导向活塞(3)的上端均设置有万向节球头,膨胀活塞(1)和垫块式活塞(2)的下端均设置有万向节球座,所述万向节球头与所述万向节球座连接,垫块式导向活塞(3)位于所述提捞排采用组合活塞的下端。
2.根据权利要求1所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,膨胀活塞(1)含有从上向下依次连接的第一上接头(11)、中心管(12)、转换短节(15)、第一下接头(16),中心管(12)外套设有膨胀筒(13),膨胀筒(13)和中心管(12)之间形成环形空腔(17),膨胀筒(13)的下端通过连接短节(18)与转换短节(15)密封固定连接,中心管(12)内设置有密封球(14),密封球(14)能够与转换短节(15)坐封连接。
3.根据权利要求2所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,第一上接头(11)含有从上向下依次设置的第一球头段(111)、第一小径段(112)和第一大径段(113),膨胀活塞(1)的上端的万向节球头为第一球头段(111),中心管(12)的上端套设于第一大径段(113)内,中心管(12)与第一大径段(113)螺纹连接,中心管(12)的侧壁上设有多个内通孔(121),中心管(12)的下端通过连接短节(18)与转换短节(15)固定连接,转换短节(15)为筒形结构,膨胀活塞(1)的下端的万向节球座位于第一下接头(16)的下部,第一下接头(16)的上端与转换短节(15)的下端螺纹连接,膨胀活塞(1)的下端的万向节球座的内部与转换短节(15)的内部连通。
4.根据权利要求2所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,第一大径段(113)与中心管(12)之间形成环形空间(19),环形空间(19)与环形空腔(17)连通,第一大径段(113)的侧壁上设置有外通孔(114),膨胀筒(13)的上端与第一大径段(113)的下端螺纹连接,膨胀筒(13)的下端与转换短节(15)的上端螺纹连接,膨胀筒(13)的材质为金属,膨胀筒(13)能够在内部受到压力后径向膨胀。
5.根据权利要求1所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,垫块式活塞(2)含有上下连接的第二上接头(21)和第二下接头(29),第二上接头(21)外套设有第一芯轴管(26),第一芯轴管(26)外从上向下依次套设有第一芯轴螺母(22)、上部的第一挡环(23)、第一垫块组件、下部的第一挡环(23)和第一芯轴球座(27),所述第一垫块组件含有多个条形的第一垫块(24),第一垫块(24)沿第二上接头(21)的轴向延伸,第一垫块(24)和第一芯轴管(26)之间设置有第一弹性部件(25),第一垫块(24)能够沿第二上接头(21)的直径方向移动。
6.根据权利要求5所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,第二上接头(21)含有从上向下依次设置的第二球头段(211)、第二上中径段(212)、第二大径段(213)、第二下中径段(214)和第二小径段(215),第二垫块式活塞(2)的上端的万向节球头为第二球头段(211),第一芯轴管(26)套设于第二下中径段(214)外,第二小径段(215)与第二下接头(29)螺纹连接,垫块式活塞(2)的下端的万向节球座位于第二下接头(29)的下部,第一芯轴球座(27)和第二下接头(29)之间设置有第一下球座(28),第一芯轴球座(27)能够与第一下球座(28)抵接,第一下球座(28)套设于第二小径段(215)外,第一下球座(28)与第二小径段(215)螺纹连接。
7.根据权利要求5所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,第二下中径段(214)的外表面设有多个第二凹槽(2141),第二凹槽(2141)沿第二上接头(21)的轴向延伸,多个第二凹槽(2141)沿第二上接头(21)的周向间隔排列,第一芯轴螺母(22)的上方和第一芯轴球座(27)的上方通过第二凹槽(2141)连通,第一芯轴螺母(22)与第一芯轴管(26)螺纹连接,第一芯轴螺母(22)将上部的第一挡环(23)固定于第一芯轴管(26)外,第一垫块(24)的上端位于上部的第一挡环(23)和第一芯轴管(26)之间,第一芯轴球座(27)与第一芯轴管(26)螺纹连接,第一芯轴球座(27)将下部的第一挡环(23)固定于第一芯轴管(26)外,第一垫块(24)的下端位于下部的第一挡环(23)和第一芯轴管(26)之间,上部的第一挡环(23)和下部的第一挡环(23)能够阻止第一垫块(24)脱离垫块式活塞(2),第一垫块(24)的材质为金属。
8.根据权利要求1所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,垫块式导向活塞(3)含有上下连接的第三上接头(31)和第三下接头(39),第三上接头(31)外套设有第二芯轴管(36),第二芯轴管(36)外从上向下依次套设有第二芯轴螺母(32)、上部的第二挡环(33)、第二垫块组件、下部的第二挡环(33)和第二芯轴球座(37),所述第二垫块组件含有多个条形的第二垫块(34),第二垫块(34)沿第三上接头(31)的轴向延伸,第二垫块(34)和第二芯轴管(36)之间设置有第二弹性部件(35),第二垫块(34)能够沿第三上接头(31)的直径方向移动。
9.根据权利要求8所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,第三上接头(31)含有从上向下依次设置的第三球头段(311)、第三上中径段(312)、第三大径段(313)、第三下中径段(314)和第三小径段(315),垫块式导向活塞(3)的上端的万向节球头为第三球头段(311),第二芯轴管(36)套设于第三下中径段(314)外,第三小径段(315)与第三下接头(39)螺纹连接,第三下接头(39)的下端为顶端朝下的锥形结构,第二芯轴球座(37)和第三下接头(39)之间设置有第二下球座(38),第二芯轴球座(37)能够与第二下球座(38)抵接,第二下球座(38)套设于第三小径段(315)外,第二下球座(38)与第二小径段(215)螺纹连接。
10.根据权利要求8所述的提捞排采用组合活塞,其特征在于,第三下中径段(314)的外表面设有多个第三凹槽(3141),第三凹槽(3141)沿第三上接头(31)的轴向延伸,多个第三凹槽(3141)沿第三上接头(31)的周向间隔排列,第二芯轴螺母(32)的上方和第二芯轴球座(37)的上方通过第三凹槽(3141)连通,第二芯轴螺母(32)与第二芯轴管(36)螺纹连接,第二芯轴螺母(32)将上部的第二挡环(33)固定于第二芯轴管(36)外,第二垫块(34)的上端位于上部的第二挡环(33)和第二芯轴管(36)之间,第二芯轴球座(37)与第二芯轴管(36)螺纹连接,第二芯轴球座(37)将下部的第二挡环(33)固定于第二芯轴管(36)外,第二垫块(34)的下端位于下部的第二挡环(33)和第二芯轴管(36)之间,上部的第二挡环(33)和下部的第二挡环(33)能够阻止第二垫块(34)脱离垫块式导向活塞(3),第二垫块(34)的材质为金属。
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