DE1758570B1 - In-situ-Verbrennungsverfahren zur Foerderung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen,kohlenwasserstoffuehrenden Formation - Google Patents

Description

Richtung auf die angrenzende zweite Bohrung, aus io biete, wo die Verbrennung bereits durchgeführt ist,

der sodann kohlenwasserstofftragende Medien geför- nicht immer verhindert werden,

dert werden, und unter Verwendung von Einpreß- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

wasser. die In-situ-Verbrennungsverfahren unter Verhinde-

Bei der Förderung von Kohlenwasserstoffen aus rung der Funktion der Bohrungen in dem Feld so

durchlässigen unterirdischen, kohlenwasserstoff uhren- 15 zu verbessern, daß praktisch die gesamten in der

den Formationen ist es üblich, ein oder mehrere Boh- Formation vorhandenen Kohlenwasserstoffe geför-

rungen in die kohlenwasserstofführenden Formationen zu bohren und Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Öl, durch bestimmte Förderbohrungen zu fördern, und zwar entweder durch den natürlichen Druck in der Formation oder mit Hilfe von Pumpen. Früher oder später läßt der Strom der Kohlenwasserstoffe nach und hört unter Umständen ganz auf, obwohl noch erhebliche Mengen Kohlenwasserstoffe in den unterirdischen Formationen anwesend sind.

Aus diesem Grunde spielen SekundärfÖrderverfahren praktisch bei jeder Öl- und Gaskondensatlager-

dert werden können und daß eine maximale Kontrolle über die Verbrennungsfront erreicht werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß einmal dadurch erreicht, daß die einzelnen Bohrungen bedarfsweise jeweils für die Injektion oder Produktion derart eingesetzt werden, daß die Förderung der Kohlenwasserstoffe tragenden Medien aus der zweiten Bohrung so lange aufrechterhalten wird, bis diese von der Verbrennungsfront erreicht wird, anschließend die Einleitung des die Verbrennung unterhaltenden Mediums

statte in unterirdischen, kohlenwasserstofführenden in die zweite Bohrung beginnt, wobei gleichzeitig das Formationen eine wesentliche Rolle. Ganz allgemein Einpressen dieses Mediums in die erste Bohrung abwird hierbei von außen ein fließfähiges Medium, wie 30 gebrochen und statt dessen in diese Wasser eingez. B. Wasser oder Gas, in die Lagerzone eingedrückt, drückt wird, und die Förderung des Kohlenwasserum das Öl oder das Gas in Richtung auf die Förder- stoffe tragenden Mediums nunmehr aus der dritten bohrungen zu treiben. Dieses Verfahren wird häufig Bohrung, die in bezug auf die erste Bohrung entals »Fluten« bezeichnet. gegengesetzt zur zweiten Bohrung liegt, bis zum Ein anderes Sekundärverfahren, das zur Förderung 35 Durchbruch der Verbrennungsfront an dieser Bohder zurückbleibenden Kohlenwasserstoffe verwendet rung erfolgt.

wird, besteht darin, daß man Kohlenwasserstoffe an Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er-Ort und Stelle in den durchlässigen unterirdischen findung wird das in die Wassereindrückbohrung einFormationen anzündet und verbrennt, wodurch heiße gedrückte Wasser zurückgewonnen und dabei von Gase erzeugt werden, die die Kohlenwasserstoffe in 40 dem kohlenwasserstofftragenden Medium der Produkder Formation in Richtung auf die Förderbohrungen tionsbohrung abgetrennt.

treiben. Zwar ist das Verfahren der In-situ-Verbren- Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nung bei Sekundärförderverfahren ziemlich erfolg- der Erfindung kann man nacheinander eine Produkreich gewesen, aber der Nutzeffekt betrug viel weniger tionsbohrung, in welcher die Verbrennungsfront als 100 °/o, weil nämlich die Verbrennungsfront dazu 45 durchbricht, in eine Eindrückbohrung für das die neigt, durch die Formationen entlang lokal vorhan- Verbrennung unterhaltende Medium umwandeln und dener Kanäle aus dem Eindrückbereich in den Förderbereich vorzudringen, so daß die Verbrennungsfront an beträchtlichen Volumina Kohlenwasserstoffen in der Formation vorbeiwandert und nicht die 50
Kohlenwasserstoffe vollständig aus einem breiten Bereich der Formation ausspült.

Aus der USA.-Patentschrift 3 208 519 ist weiterhin ein In-situ-Verbrennungsverfahren zur Förderung

von Kohlenwasserstoffen unter Einpressen eines 55 bei welchem sich eine zentrale Bohrung innerhalb sauerstoffreichen Gasgemisches bekannt, bei welchem eines Ringes einer Vielzahl von diametral angeordgleichzeitig mit der Einleitung des sauerstoffreichen neten Bohrungen befindet, und bei dem Wasser in Gases die unter Druck erfolgende Zuführung von die Bohrlöcher eingepreßt wird sowie Luft in die Wasser erfolgt. Aber auch bei diesem Verfahren ist zentrale Bohrung eingedrückt und dort die in situ es nicht möglich, die Gestalt und die Richtung der 60 erfolgende Verbrennung von Kohlenwasserstoffen Verbrennungsfront in jeder Hinsicht zufriedenstellend eingeleitet wird, gelöst werden, das dadurch gekennzu kontrollieren, um die Förderung von Kohlen- zeichnet ist, daß gleichzeitig aus den diametral anwasserstoffen aus bestimmten Bohrungen zu erleich- geordneten Bohrungen die Produktion erfolgt, bis tern. Vielmehr dient bei dem aus dieser Druckschrift die Hochtemperatur-Verbrennungsfront bei einer bekannten Verfahren das Wasser lediglich dazu, um 65 dieser Bohrungen durchbricht, und daß anschließend die durch den Sauerstoff bewirkte Verbrennung zu die Förderung an den Produktionsbohrlöchern einkontrollieren, gestellt wird, und hierauf das Eindrücken von Wasser Bei dem Verfahren der USA.-Patentschrift 3 232 345 in diejenige Produktionsbohrung beginnt, an welcher

die unmittelbar vorhergehende Eindrückbohrung für das die Verbrennung unterhaltende Medium in eine Eindrückbohrung für Wasser umwandeln.

Die oben beschriebene Aufgabe kann auch durch ein Verfahren zur Förderung von Kohlenwasserstoffen durch in situ erfolgende Verbrennung aus einer unterirdischen, gasdurchlässigen und kohlenwasserstoffhaltigen Formation, in einem Bohrungsraster,

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die Verbrennungsfront durchgebrochen ist, wobei Pfeil zeigt eine Wassereindrückbohrung; und ein

man die in situ erfolgende Verbrennung der Forma- Kreis mit einem Doppelpfeil zeigt eine Lufteindrück-

tions-Kohlenwasserstoffe weiterführt und Medien bohrung.

mit Einschluß von Kohlenwasserstoffen aus den rest- F i g. 2 zeigt die Umwandlung der Förderanordlichen, diametral angeordneten Bohrungen bis zum 5 nung von F i g. 1 in einen Vortrieb zu einer einzigen dortigen Durchbrechen der Front fördert, worauf Bohrung, wobei die Förderbohrung beim Durchbruch man einige der restlichen Bohrungen in Wasserein- in Fig. 1 nun in eine Lufteindrückbohrung umgedrückbohrungen umwandelt und mindestens eine der wandelt worden ist, die frühere Lufteindrückbohrung restlichen Bohrungen in eine Lufteindrückbohrung nunmehr in eine Wassereindrückbohrung umgewanumwandelt und aus einer Bohrung, die an die letzt- io delt worden ist und das aus der unterirdischen Forgenannte Bohrung angrenzt, die Förderung von mation geförderte Wasser aufnimmt, und die Förde-Medien mit Einschluß von Kohlenwasserstoffen ein- rung an einer inneren Bohrung der Fünfstellenanordleitet. nung begonnen worden ist, die an die Förderbohrung

Bei dieser Ausführungsform kann man weiterhin des Durchbruchs in F i g. 1 angrenzt. Diese Bohrung

zusätzlich ein unter Druck stehendes Medium in die 15 wurde zur Förderung ausgewählt, da angenommen

zentrale Bohrung einführen. wurde, daß der Vortrieb in Richtung Nordost statt-

Zwar ist das Verfahren insbesondere auf die findet. Es könnte jedoch jede andere Bohrstelle aus-In-situ-Verbrennung anwendbar, es kann aber auch gewählt werden, um die Ausspülung in dieser Richleicht auf andere Sekundärförderverfahren angewen- tung zu richten, wie weiter unten erläutert wird,
det werden, bei welchen ein fließfähiges Medium zum 20 F i g. 3 zeigt einen späteren Zustand der Förder-Austreiben verwendet wird. vortriebanordnung von F i g. 1 und 2, wobei der Vor-

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen trieb zu einer einzigen Bohrung in Richtung Nordost

näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt zu der an der Ecke gelegenen und mit Nummer 1 be-

F i g. 1 vier Einheiten einer Fünfstellenanordnung zeichneten Bohrung mäandriert. Dabei wurde die

von Bohrungen, wobei die dritte Quadranteneinheit 25 Förderbohrung beim Durchbruch in F i g. 2 in eine

als umgekehrte Fünfstellenanordnung arbeitet, Lufteindrückbohrung umgewandelt, und die frühere

F i g. 2 und 3 die Bohrungsanordnung von F i g. 1 Lufteindrückbohrung wurde in eine Wassereindrück-

während einer späteren Phase der Verbrennung an bohrung umgewandelt, während die Wassereindrück-

Ort und Stelle, welche die Umwandlung des Vor- bohrung von F i g. 2 als solche verblieb, obwohl sie

triebs zu mehreren Bohrungen in einen Vortrieb zu 3° auch geschlossen werden könnte, wie die Bohrungen

einer einzigen Bohrung erläutert, an den Ecken der ursprünglichen Anordnung.

F i g. 4 eine weitere Änderung des Vortriebs zu Nach dem Durchbruch des Feuervortriebs an der

einer einzigen Bohrung, wobei eine Richtungsände- Bohrung Nummer 1 (Fig. 3) kann die Förderung an

rung stattfindet, und einer der Bohrungen 2 oder 3 oder an irgendeiner be-

F i g. 5, 5 a und 6 vier Einheiten einer Fünfstellen- 35 nachbarten Bohrung vorgenommen werden, was von

anordnung von Bohrungen, welche die Art und Weise der Richtung der Wahl abhängt. In F i g. 4 wird die

erläutern, wie die Richtung des Vortriebs mit Hilfe Förderbohrung beim Durchbruch durch die Bohrung

der Umwandlung von Förderbohrungen in Eindrück- Nummer 1 in eine Wassereindrückbohrung umgewan-

bohrungen gesteuert werden kann. delt, um ein Wiedervordringen zu verhindern, wäh-

Wie bereits erwähnt, ist es möglich, eine Arbeits- 4° rend die früher als Lufteindrückbohrung dienende

weise mit einer Mehrfachanordnung in eine Arbeits- Bohrung von F i g. 3 so verbleibt und die beiden

weise mit einem Vortrieb zu einer einzigen Bohrung Wassereindrückbohrungen die gleiche Funktion bei-

umzuwandeln, wobei der Vortrieb in mäandrierender behalten. Wenn die Förderung an der Bohrung Num-

Art und Weise vorgenommen wird, um die unter- mer 2 ausgewählt worden ist, dann ergibt sich eine

irdische Lagerstätte vollständig auszuspülen. 45 zusätzliche Ausspülung des in einer anderen Rich-

In den Zeichnungen, welche schematisch die Ar- tung schraffierten Bereichs. Beim Durchbruch der

beitsweise und die Vorteile der vorliegenden Erfin- Feuerfront an einer der Bohrungen 2 oder 3, was

dung darstellen, sind zwei Arbeitsweisen erläutert, von der Wahl der Förderung abhängt, können diese

die bei sekundären Förderverfahren angewendet wer- Bohrungen in Lufteindrückbohrungen umgewandelt

den. 50 werden, wie dies grundlegend in F i g. 2 dargestellt

F i g. 1 zeigt vier Einheiten einer Fünfstellenanord- ist, und ein Vortrieb in Richtung auf neu ausgewählte

nung von Bohrungen, wobei die dritte Quadranten- Förderbohrungen, wie z. B. Nummer 4, kann begon-

einheit als umgekehrte Fünfstellenanordnung arbei- nen werden, um die Ausspülung in den ersten drei

tet. Die Figur, welche durch die gestrichelten Linien Quadranten der Anordnung zu vervollständigen. In

dargestellt wird, zeigt einen ideal ausgebrannten Be- 55 der gleichen Weise kann die Ausspülung des vierten

reich einer umgekehrten Fünfstellenanordnung, wäh- Quadranten der Anordnung durchgeführt werden,

rend die schraffierte Fläche den tatsächlich ausge- Alternativ kann die Anordnung von F i g. 3 entlang

brannten Bereich beim Durchbruch an einer inneren paralleler Diagonalen eines Fünfstellenanordnungs-

Bohrung der Anordnung darstellt. förderfelds angewendet werden.

Bei der umgekehrten Fünfstellenanordnung sind ⁶° Zwar wurden in den F i g. 2, 3 und 4 die früheren

die Bohrungen an den Ecken einer jeden Anord- Förderbohrungen von F i g. 1 als geschlossen dar-

nungseinheit Förderbohrungen, während die zentrale gestellt. Sie werden jedoch in Bereitschaft gehalten,

Bohrung zum Eindrücken verwendet wird. um Wasser eindrücken zu können, falls dies nötig

In allen Figuren der Zeichnungen sind die Symbole ist, um das Vortriebsschema zu steuern, wie dies durchgehend wie folgt: ein offener Kreis zeigt die ⁶5 unten diskutiert wird. Sie könnten jedoch auch bis Lage einer Bohrung; ein ausgefüllter Kreis zeigt eine zum Durchbruch als Förderbohrungen betrieben Förderbohrung; ein durchkreuzter Kreis zeigt eine werden und dann in Wassereindrückbohrungen umgeschlossene Bohrung; ein Kreis mit einem einfachen gewandelt werden, um ein Wiedervordringen des

Claims (5)

1. 5 6

   Vortriebs aus benachbarten noch nicht ausgespülten Richtung des Vortriebs zu bestimmen, wobei verBereichen zu verhindern. schiedene Durchlässigkeiten in der Lagerstätte bein einer Lagerstätte in Südtexas wurden Versuche rücksichtigt werden. In F i g. 5 ist eine Vortriebsangemacht, um die obigen Prinzipien zu bestätigen. Die Ordnung durch eine der Förderbohrungen am äuße-Daten der Lagerstätte waren im wesentlichen wie 5 ren Rand eines Fünfstellenschemas einer Vierereinfolgt: heit in entgegengesetzter Richtung zur gewünschten

   Richtung, beispielsweise in Richtung des Nordost-Tiefe 480 m Quadranten, durchgebrochen. Um das Problem zu

   Durchschnittliche Sanddicke 5,5 m lösen, wird die Förderbohrung, bei der der DurchPorosität 32,7 % ¹⁰ bruch stattgefunden hat, nun in eine Wasserein-

   Ölsättigung 38,O^fl/o drückbohrung umgewandelt, um den Vortrieb in

   _. ,,.. ''.''.'.' r/' "j λ ^i η' Richtung auf andere Förderbohrungen der Anord-

   Durchlässigkeit fur Luft, md 1610 nungseinheit fortzusetzen, bis ein Durchbruch in der

   API-Dichte 20,9 gewünschten Richtung stattfindet. Wenn der DurchTemperatur am Boden des Bohrlochs 43° C 15 bruch an einer der Förderbohrungen, die an der

   Grenze der Anordnung liegt, stattfindet, dann kann

   Eine Lufteindrückbohrung wurde zwischen zwei sie ebenfalls von einer Förderbohrung in eine Wasvorhandene Bohrungen gebohrt, von denen eine für sereindrückbohrung umgewandelt werden, wie dies eine Förderbohrung und die andere eine Wasserein- in F i g. 6 gezeigt ist. In dieser Figur ist angegeben, drückbohrung war. Es wurden Betriebsvorkehrungen 20 wie das Ausspülschema von F i g. 5 gesteuert worden getroffen. Die beiden letzteren Bohrungen wurden ist, indem die Vortriebsrichtung in Richtung auf den als Hauptförderbohrungen ausgestattet, und an der Nordost-Quadranten verändert worden ist. In Lufteindrückbohrung wurden Vorkehrungen für das F i g. 5 a ist die Durchbruchsbohrung bei der Förde-Eindrücken von Luft getroffen. Das Zünden des un- rung von F i g. 5 in eine Wassereindrückbohrung umterirdischen Rohöls wurde mit spontan zündenden 25 gewandelt worden, um eine Rückwanderung von beChemikalien vorgenommen. Während der Zeitdauer nachbarten Anordnungen zu verhindern und das des Versuchs wurde in den 4 Monaten nach der Zün- Ausspülschema in entgegengesetzte Richtung zu zwindung die kreuzweise Ölförderung mehr als verdoppelt, gen, wobei der Durchbruch an einer inneren Grenz- und am Ende des Versuchs pumpte und floß die förderbohrung stattfindet. Die Funktion dieser Bohfrühere Förderbohrung unter normalen Arbeitsbedin- 30 rung wird in eine Lufteindrückbohrung verändert, die gungen mehr als fünfzehnmal besser als die einge- frühere Lufteindrückbohrung im Zentrum der ersten stellte Fördergeschwindigkeit vor der Zündung. Ver- Fünfstellenanordnung, die erschöpft ist, wird in eine brennungsgase erschienen an den meisten Bohrungen Wassereindrückbohrung umgewandelt, und die Föran den Kreuzungspunkten manchmal während des derung wird an einer der Bohrung in der Nachbar-Versuchs, wobei die nächsten Förderbohrungen in 35 schaft der Anordnung in der gewünschten Richtung einem größeren Ausmaß beeinflußt wurden. 5 Monate begonnen. Diese Anordnung von F i g. 6 entspricht nach der Zündung wurde eine Versuchsbohrung der von F i g. 2, unterscheidet sich aber davon durch hinterhalb der Reaktionszone gebohrt, welche zeigte, die Umwandlung der Förderbohrungen an den Ecken daß der gesamte ausgebrannte Querschnitt praktisch der Anordnung in eine Wassereindrückbohrung nach sauber war. Die Vorwärtsbewegung der Reaktions- 40 den entsprechenden Durchbrüchen,
   zone betrug mehr als 15 cm/Tag. Es wurde gezeigt und beschrieben, wie ein Vor-8 Monate nach der Zündung erschien die Feuer- trieb mit mehreren Förderbohrungen in einen Vorfront an der früheren Förderbohrung. Diese heiße trieb in einer einzigen Bohrungslinie verändert wer-Förderbohrung wurde geschlossen und in eine Luft- den kann, um ein Förderfeld durch einen mäandrieeindrückbohrung umgewandelt, um zu bestimmen, 45 renden Vortrieb auszuspülen, wobei eine Rückwanob der Punkt der Lufteindrückung bewegt werden derung von benachbarten unausgebeuteten Anordkann, während das Verbrennungsverfahren aufrecht- nungen verhindert wird,
   erhalten wurde. Gasanalysen und die Gasförderung _ ...
   aus umgebenden Bohrungen zeigten, daß die Ver- Patentansprüche:
   brennung aufrechterhalten wurde und während und 5° 1. In-situ-Verbrennungsverfahren zur Fördenach der Veränderung sich fortpflanzte. rung von Kohlenwasserstoffen aus einer unter-Dieser Versuch zeigte, daß eine Förderbohrung, irdischen, kohlenwasserstofführenden Formation welche in eine thermische Reaktionszone einbezogen durch Eindrücken eines eine Verbrennung unterworden ist, in eine Lufteindrückbohrung umgewan- haltenden Mediums in die erste von drei in Reihe delt werden kann und daß die Verbrennung zufrie- 55 ausgerichteten und sich in die Formation erstrekdenstellend aufrechterhalten und in der Lagerstätte kenden Bohrungen, Einleiten der in situ erfolgenvorwärts bewegt werden kann. So kann ein Vortrieb den Verbrennung in der ersten Bohrung, Fortbein Richtung auf eine einzige Bohrung in einem Feld wegung einer Verbrennungsfront in Richtung auf aufrechterhalten werden, indem eine gegebene Boh- die angrenzende zweite Bohrung, aus der sodann rung von einer Förderbohrung in eine Eindrückboh- 6° kohlenwasserstofftragende Medien gefördert werrung umgewandelt wird, oder ein Feld kann ausge- den, und unter Verwendung von Einpreßwasser, beutet werden, indem die Reaktionszone mäandrie- dadurch gekennzeichnet, daß die einrend durch eine Lagerstätte geführt wird, wobei die zelnen Bohrungen bedarfsweise für die Injektion aufgegebene Lufteindrückbohrung für eine Wasser- oder Produktion derart eingesetzt werden, daß beseitigung und für die Steuerung des Vortriebs ver- 65 die Förderung der Kohlenwasserstoffe tragenden wendet wird. Medien aus der zweiten Bohrung so lange aufin den F i g. 5, 5 a, und 6 ist gezeigt, wie die vor- rechterhalten wird, bis diese von der Verbrenliegende Erfindung dazu verwendet werden kann, die nungsfront erreicht wird, anschließend die Ein-

   leitung des die Verbrennung unterhaltenden Mediums in die zweite Bohrung beginnt, wobei gleichzeitig das Einpressen dieses Mediums in die erste Bohrung abgebrochen und statt dessen in diese Wasser eingedrückt wird, und die Förderung des Kohlenwasserstoffe tragenden Mediums nunmehr aus der dritten Bohrung, die in bezug auf die erste Bohrung entgegengesetzt zur zweiten Bohrung liegt, bis zum Durchbruch der Verbrennungsfront an dieser Bohrung erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Wassereindrückbohrung eingedrückte Wasser zurückgewonnen und dabei von den kohlenwasserstofftragenden Medien der Produktionsbohrung abgetrennt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit Anordnung der Bohrungen eines Produktionsfeldes in einem bestimmten Raster, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander eine Produktionsbohrung, in welche die Verbrennungsfront durch- bricht, in eine Eindrückbohrung für das die Verbrennung unterhaltende Medium umgewandelt wird und die unmittelbar vorhergehende Eindrückbohrung für das die Verbrennung unterhaltende Medium in eine Eindrückbohrung für Wasser umgewandelt wird.
4. 4. Verfahren zur Förderung von Kohlenwasserstoffen durch in situ erfolgende Verbrennung aus einer unterirdischen, gasdurchlässigen und kohlenwasserstoffhaltigen Formation, in einem Bohrungsraster, bei welchem sich eine zentrale Bohrung innerhalb eines Ringes einer Vielzahl von diametral angeordneten Bohrungen befindet, und bei dem Wasser in die Bohrlöcher eingepreßt wird sowie Luft in die zentrale Bohrung eingedrückt und dort die in situ erfolgende Verbrennung von Kohlenwasserstoffen eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig aus den diametral angeordneten Bohrungen die Produktion erfolgt, bis die Hochtemperatur-Verbrennungsfront bei einer dieser Bohrungen durchbricht, und daß anschließend die Förderung an den Produktionsbohrlöchern eingestellt wird, und hierauf das Eindrücken von Wasser in diejenige Produktionsbohrung beginnt, an welcher die Verbrennungsfront durchgebrochen ist, wobei man die in situ erfolgende Verbrennung der Formation-Kohlenwasserstoffe weiterführt und Medien mit Einschluß von Kohlenwasserstoffen aus den restlichen, diametral angeordneten Bohrungen bis zum dortigen Durchbrechen der Front fördert, worauf man einige der restlichen Bohrungen in Wassereindrückbohrungen umwandelt und mindestens eine der restlichen Bohrungen in eine Lufteindrückbohrung umwandelt und aus einer Bohrung, die an die letztgenannte Bohrung angrenzt, die Förderung von Medien mit Einschluß von Kohlenwasserstoffen einleitet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich unter Druck stehendes Medium in die zentrale Bohrung einführt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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