DE60116800T2 - Verfahren zur behandlung von bohrlöchern - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines verrohrten Bohrlochs für Kohlenwasserstoffe mit Behandlungschemikalien für Bohrlöcher, insbesondere durch Anordnung von Polymerpartikeln im Bohrloch nach unten, die Behandlungschemikalien für Bohrlöcher oder Vorläuferverbindungen oder diese erzeugende Verbindungen enthalten, und derartige Partikel und Zusammensetzungen und Strukturen, die diese enthalten.
  • Während der Förderung aus einem verrohrten Bohrloch für Kohlenwasserstoffe (d.h. einem verrohrten Bohrloch für Gas oder Öl) ergeben sich entlang des Bohrlochs verschiedene Probleme, wie die Korrosion der Metallausrüstungen, eine den Kohlenwasserstoffstrom hemmende Ablagerung (z.B. Kesselstein, Gasclathrate, Metallsulfide, Paraffine, Gelpolymere, mikrobieller Abfall usw.), die Erzeugung von toxischem Schwefelwasserstoff durch Sulfat reduzierende Bakterien, ein zunehmender Wasserfluß in das Förderbohrloch usw.
  • Wenn z.B. Meerwasser durch ein Injektionsbohrloch in eine ölführende Schicht eingespritzt wird, um das Öl durch die Formation (d.h. das Gestein) in das Förderbohrloch zu drücken, können Unterschiede zwischen den gelösten Stoffen im Einspritzwasser und dem bereits in der Formation vorhandenen Wasser dazu führen, daß Metallsalze als Kesselstein gefällt werden, so daß es zu einer immer stärkeren Verstopfung des Förderbohrlochs kommt.
  • Dem wird typischerweise abgeholfen, indem eine "Pressung" von Kesselsteinverhütungschemikalien, d.h. Chemikalien, die den Kesselstein zerbrechen und den Öl- oder Gasfluß verstärken, angewendet wird. Das beinhaltet im allgemeinen, daß mit dem Kohlenwasserstoffstrom aufgehört wird, eine wäßrige Lösung des Kesselsteininhibitors unter Druck im Förderbohrloch nach unten gedrückt wird, um die Inhibitorlösung in die Formation zu pressen, und wieder mit der Förderung begonnen wird. Eine solche Behandlung erlaubt im allgemeinen einen weiteren etwa sechs Monate langen Kohlenwasserstoffstrom, bevor eine weitere Pressung erforderlich ist, und jede Pressung verursacht eine gewisse Beschädigung der das Förderbohrloch umgebenden Formation und als Folge einen verstärkten Strom von Fragmenten der Formation (z.B. kleine Felsstücke usw.) in das Bohrloch.
  • Das Förderbohrloch in einem verrohrten Ölbohrloch ist in der Kohlenwasserstoff führenden Schicht im allgemeinen mit "Kiespackungen", sandhaltigen Filterelementen, ausgekleidet, die dazu dienen, Fragmente der Formation aufzufangen, und es ist vorgeschlagen worden, in solche Kiespackungen Keramikpartikel aufzunehmen, die mit Behandlungschemikalien für Bohrlöcher, wie Kesselsteininhibitoren (siehe EP-A-656459 und WO 96/27070) oder Bakterien überzogen oder imprägniert sind (siehe WO 99/36667). In ähnlicher Weise ist z.B. in GB-A-2290096 und WO 99/54592 auch die Behandlung der das Förderbohrloch umgebenden Formation mit Behandlungschemikalien für Bohrlöcher vor Beginn der Förderung der Kohlenwasserstoffe vorgeschlagen worden.
  • Es sind auch verschiedene polymere, oligomere, anorganische und andere partikelförmige Träger für Behandlungschemikalien für Bohrlöcher bekannt, z.B. Ionenaustauschharzpartikel (siehe US-A-4787455), Acrylamidpolymerpartikel (siehe EP-A-193369), Gelatinekapseln (siehe US-3676363), oligomere Matrices und Kapseln (siehe US-A-4986353 und US-A-4986354), Keramikpartikel (siehe WO 99/54592, WO 96/27070 und EP-A-656459) und Partikel der Behandlungschemikalie für Bohrlöcher selbst (siehe WO 97/45625).
  • Partikel, die mit einer Behandlungschemikalie für Bohrlöcher beschichtet oder imprägniert sind oder diese in ihrem Inneren verkapseln, haben jedoch das inhärente Problem, daß die Freisetzung der Behandlungschemikalie für Bohrlöcher relativ schnell stattfindet, wenn die Partikel einmal auf Wasser im Bohrloch treffen. Folglich ist der Schutz, den sie bieten, relativ kurzlebig.
  • Somit besteht ein ständiger Bedarf nach Behandlungen der Bohrlöcher, die einen längeren Schutz bieten.
  • Nach einem Gesichtspunkt gibt die vorliegende Erfindung folglich ein Verfahren zur Behandlung eines verrohrten Bohrlochs für Kohlenwasserstoffe an, wobei das Verfahren umfaßt, daß dem verrohrten Bohrloch Polymerpartikel nach unten hin zugeführt werden, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  • Nach einem weiteren Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung Polymerpartikel bereit, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  • Nach einem weiteren Gesichtspunkt gibt die Erfindung die Verwendung von Polymerpartikeln, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, für die Herstellung von Behandlungszusammensetzungen für Bohrlöcher für Kohlenwasserstoffe an, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  • Nach einem weiteren Gesichtspunkt umfaßt die Erfindung eine Behandlungszusammensetzung für Bohrlöcher für Kohlenwasserstoffe, die eine Trägerflüssigkeit umfaßt, die Polymerpartikel enthält, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Voräuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  • Nach einem weiteren Gesichtspunkt umfaßt die Erfindung einen rohrförmigen Filter für die Anordnung in einem Bohrloch, der Polymerpartikel enthält, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren können die Polymerpartikel in einem Bohrloch angeordnet werden, ehe die Förderung von Kohlenwasserstoffen (d.h. das Herauslösen von Öl oder Gas aus dem verrohrten Bohrloch) beginnt und/oder nachdem diese begonnen hat. Die Partikel werden vorzugsweise im Bohrloch angeordnet, bevor die Förderung beginnt, insbesondere in der Komplettierungsphase der Konstruktion des verrohrten Bohrlochs.
  • Die Partikel können im Bohrloch (z.B. in der Kohlenwasserstoffe führenden Schicht oder in Rattenlöchern) oder in der umgebenden Formation (z.B. in Rissen oder im Gestein selbst) angeordnet werden. Im ersteren Fall sind die Partikel geeigneterweise in einem rohrförmigen Filter, z.B. einer Kiespackung oder einer Filterstruktur enthalten, wie sie in EP-A-656459 oder WO 96/27070 offenbart ist; im letzteren Fall werden die Partikel vorzugsweise positioniert, indem eine flüssige Zusammensetzung, die die Partikel enthält, im Bohrloch nach unten gepreßt wird. Vor Beginn der Förderung werden die Partikel vorzugsweise sowohl innerhalb des Bohrlochs in einem Filter und innerhalb der umgebenden Formation angeordnet.
  • Wenn die Partikel in der umgebenden Formation angeordnet werden, sollte der angewendete Druck ausreichend sein, damit die Partikel zumindest 1 m, stärker bevorzugt zumindest 1,5 m, noch bevorzugter zumindest 2 m in die Formation eindringen. Falls erwünscht können die Partikel in Verbindung mit treibenden (proppant) Partikeln angewendet werden (wie es z.B. in WO 99/54592 beschrieben ist), um das Eindringen mit bis zu etwa 100 m in die Formation zu erreichen. Zusammensetzungen, die treibende Partikel und erfindungsgemäße Polymerpartikel umfassen, bilden einen weiteren Gesichtspunkt dieser Erfindung.
  • Die erfindungsgemäßen Polymerpartikel, die porös oder nicht-porös sein können, jedoch vorzugsweise porös sind, können einen weiten Bereich möglicher Strukturen haben, einige davon sind in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt. Somit zeigt 1 z.B. den Fall, bei dem die Chemikalie oder Vorläuferverbindung über eine spaltbare Bindung an die Polymermatrix gebunden ist; 2 zeigt den Fall, bei dem die Chemikalie oder Vorläuferverbindung selbst eine Komponente eines polymeren oder oligomeren Teils des Partikels darstellt, der abgebaut werden kann, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt wird; 3 zeigt den Fall, bei dem die Chemikalie oder Vorläuferverbindung ein lösbarer Teil der gesamten Polymermatrix ist; und 4 und 5 zeigen Fälle, bei denen im Grundgerüst oder den Vernetzungen einer Polymmatrix, an die die Chemikalie oder Vorläuferverbindung kovalent gebunden ist, spaltbare Bindungen vorhanden sind, wobei das Spalten der Bindung die Partikel zerbrechen läßt, womit die Chemikalie oder Vorläuferverbindung zugänglich wird. In diesen schematischen Darstellungen stehen die unterbrochenen Linien für spaltbare Bindungen, die durchgängigen Linien für Grundgerüste des Polymers oder Oligomers und X ist die Chemikalie oder Vorläuferverbindung.
  • Die spaltbaren Bindungen in den erfindungsgemäßen Polymerpartikeln können irgendwelche Bindungen sein, die in Gegenwart von Wasser der Formation oder vom Einspritzen bei den im Bohrloch auftretenden Temperaturbedingungen, z.B. 70 bis 150°C, einer Spaltung unterzogen werden. Zu geeigneten derartigen Bindungen gehören Amid-, Ester-, Disulfid-, Diester-, Peroxidbindungen usw. Diese Bindungen können durch Konjugation der Chemikalie oder Vorläuferverbindung an eine funktionalisierte Polymermatrix (z.B. eine mit einer ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung oder gebundenen Hydroxyl-, Thiol-, Amin- oder Säuregruppen) oder durch das Oligomerisations- oder Polymerisationsverfahren erzeugt werden, oder sie können in ein Monomer oder Comonomer eingeführt werden, das beim Oligomerisations- oder Polymerisationsverfahren verwendet wird, sie können in ein Vernetzungsmittel eingeführt werden oder durch eine Vernetzungsreaktion erzeugt werden oder sie können in das Reagenz eingeführt werden, das dazu dient, die Chemikalie oder Vorläuferverbindung einzuführen, d.h. eine Verbindung A-B-C, wobei A eine Einheit ist, die an die Polymermatrix bindet, B die spaltbare Bindung ist und C die Einheit in Form der Chemikalie oder Vorläuferverbindung ist.
  • Falls erwünscht können die Partikel mit Mitteln imprägniert werden, die bei Bedingungen im Bohrloch die Spaltung der spaltbaren Bindungen fördern, z.B. Enzyme, Säuren, Basen, Metallkomplexe usw.
  • Die Freisetzungsrate der Chemikalie oder Vorläuferverbindung kann folglich durch die Wahl der Eigenschaften der Partikel ausgewählt oder gesteuert werden (z.B. die Wahl des Monomers, der Vernetzungsgrad, das Molekulargewicht des Polymers, die Partikelgröße, die Porosität, die Art der spaltbaren Bindungen, die Art der anderen in die Partikel imprägnierten Materialien usw.), um eine Anpassung an die Eigenschaften der Umgebung im Bohrloch, z.B. Temperatur, Salzgehalt, pH-Wert usw., vorzunehmen.
  • Die erfindungsgemäßen Partikel haben vorteilhafterweise einen häufigsten Wert der Partikelgröße (wie sie z.B. mit einem Coulter-Analysegerät für Partikelgrößen gemessen werden) von 1 μm bis 5 mm, stärker bevorzugt von 10 bis 1000 μm, insbesondere von 250 bis 800 μm. Für die Anordnung innerhalb der Formation beträgt der häufigste Wert der Partikelgröße vorzugsweise 1 bis 50 μm, insbesondere 2 bis 20 μm. Für irgendeine bestimmte Formation kann die Permeabilität der Formation (die mit den Mündungsgrößen der Poren in der Formation in Zusammenhang steht) leicht bestimmt werden, indem Gesteinsproben, die beim Bohren entnommen worden sind, verwendet werden, und somit kann die optimale Partikelgröße bestimmt werden. Wenn die Partikel eine geringe Dispersität (d.h. Größenschwankung) haben, kann eine sehr gleichmäßige Ablagerung und ein tiefes Eindringen in die Formation erreicht werden. Aus diesem Grund haben die Partikel vorzugsweise einen Variationscoeffizienten (CV) von weniger als 10%, stärker bevorzugt weniger als 5%, noch stärker bevorzugt von weniger als 2%.
  • CV wird als Prozentsatz wie folgt bestimmt
    Figure 00070001
    wobei Durchschnittswert der mittlere Partikeldurchmesser ist und Standardabweichung die Standardabweichung bei der Partikelgröße ist. Der CV wird vorzugsweise für den häufigsten Wert, d.h. durch Anpassung einer Kurve für die monomodale Verteilung an die erfaßte Partikelgrößenverteilung, berechnet. Somit können einige Partikel unterhalb oder oberhalb des häufigsten Wertes für die Größe bei der Berechnung nicht berücksichtigt werden, die z.B. auf etwa 90% der gesamten Partikelzahl (d.h. der nachweisbaren Partikel) basieren kann. Eine solche Bestimmung des CV kann mit einem Analysegerät für die Partikelgröße Coulter LS 130 erfolgen.
  • Für die Anordnung in Filtern haben die Partikel vorzugsweise einen häufigsten Wert der Partikelgröße von 50 bis 5000 μm, insbesondere von 50 bis 1000 μm, noch bevorzugter von 100 bis 500 μm. In solchen Filtern bilden die Partikel vorzugsweise 1 bis 99 Gew.-%, noch bevorzugter 2 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter 5 bis 20 Gew.-% der partikelförmigen Filtermatrix, wobei die restliche Matrix partikelförmiges, öl- und wasserunlösliches anorganisches Material, vorzugsweise ein anorganisches Oxid, wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid-Siliciumdioxid, umfaßt. Das anorganische Oxid hat besonders bevorzugt einen häufigsten Wert der Partikelgröße, der dem der Polymerpartikel ähnlich ist, z.B. innerhalb von 20%, stärker bevorzugt innerhalb von 10%. Wie bei der Anordnung in der Formation haben die Polymerpartikel vorzugsweise eine geringe Dispersität, z.B. einen CV von weniger als 10%, stärker bevorzugt weniger als 5%, noch bevorzugter weniger als 2%. Die geringe Dispersität dient dazu, das Verstopfen der Filter zu verhindern.
  • Die Polymermatrix der Partikel hat vorzugsweise einen Erweichungspunkt oberhalb der Temperaturen, die im Bohrloch vorkommen, z.B. einen von mehr als 70°C, stärker bevorzugt mehr als 100°C, noch bevorzugter mehr als 150°C.
  • Die Behandlungschemikalien für Bohrlöcher oder Vorläuferverbindungen davon, die in den Partikeln enthalten sind, können irgendwelche Mittel sein, die Probleme in Bohrlöchern, wie Korrosion, Verringerung des Kohlenwasserstoffstroms oder Erzeugung von H2S, angehen kön nen. Zu Beispielen solcher Mitteln gehören Kesselsteininhibitoren, Schaumbildner, Korrosionsinhibitoren, Biocide, oberflächenaktive Mittel, Sauerstoffänger usw.
  • Die Partikel können eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher selbst oder eine chemische Vorläuferverbindung enthalten, die in situ reagiert, z.B. zerbricht, wodurch eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher erzeugt wird, oder sie kann alternativ ein biologisches Mittel, z.B. ein Enzym, sein, das eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher erzeugt.
  • Beispiele typischer Behandlungschemikalien für Bohrlöcher, Vorläuferverbindungen und dieser erzeugenden Verbindungen sind in den hier genannten Patentveröffentlichungen erwähnt, deren Inhalt hier jeweils als Bezug erwähnt wird.
  • Zu typischen Kesselsteininhibitoren gehören somit z.B. anorganische und organische Phosphonate (z.B. Natriumaminotrismethylenphosphonat), Polyaminocarbonsäuren, Polyacrylamine, Polycarbonsäuren, Polysulfonsäuren, Phosphatester, anorganische Phosphate, Polyacrylsäuren, Inuline (z.B. Natriumcarboxymethylinulin), Phytinsäure und Derivate davon (insbesondere Carboxylderivate), Polyaspartate usw.
  • Zu Beispielen bevorzugter Behandlungschemikalien für Bohrlöcher gehören Hydratinhibitoren, Kesselsteininhibitoren, Asphalteninhibitoren, Wachsinhibitoren und Korrosionsinhibitoren. Solche Inhibitoren sind dem auf dem Gebiet der Behandlung von Bohrlöchern Arbeitenden allgemein bekannt.
  • Wenn die Partikel in der Formation angeordnet werden, werden sie vorzugsweise als eine Dispersion in einem flüssigen Träger angewendet. Für Anwendungen vor und nach der Komplettierung umfaßt der flüssige Träger vorzugsweise eine nichtwäßrige organische Flüssigkeit, z.B. einen Kohlenwasserstoff oder ein Kohlenwasserstoffgemisch, typischerweise einen C3-C15-Kohlenwasserstoff, oder Öl, z.B. Rohöl. Für die heilende Behandlung, d.h. nachdem die Förderung eine gewisse Zeit vonstatten gegangen ist, kann der flüssige Träger wäßrig oder nichtwäßrig sein.
  • Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden nichtbegrenzenden Beispiele weiter beschrieben.
  • Beispiel 1
  • 1,8 g Methacrylsäureanhydrid, 4,2 g Diethylvinylphosphonat und 4 g Toluol werden gemischt, und dem Gemisch wird 0,3 g Dibenzoylperoxid zugesetzt. Diese ölige Phase wird in einem Reaktor in einer Lösung von 0,03 g Polyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad von 87 bis 89% in 70 g Wasser dispergiert. Die entstandene Suspension wird 6 Stunden bei 80°C mit 150 U/min gerührt, danach werden die resultierenden, in der Suspension polymerisierten Partikel durch Filtration entfernt, mit Toluol gewaschen und getrocknet.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Behandlung eines verrohrten Bohrlochs für Kohlenwasserstoffe, wobei das Verfahren umfaßt, daß dem verrohrten Bohrloch Polymerpartikel nach unten hin zugeführt werden, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymerpartikel zugegeben werden, bevor die Kohlenwasserstofförderung aus dem verrohrten Bohrloch beginnt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Polymerpartikel in einem Filter im Bohrloch des verrohrten Bohrlochs und in der dieses Bohrloch umgebenden Formation angeordnet werden.
  4. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polymerpartikel Partikel nach einem der Ansprüche 6 bis 9 sind.
  5. Polymerpartikel, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  6. Partikel nach Anspruch 5, die mit einem Mittel imprägniert sind, das die Spaltung der spaltbaren kovalenten Bindungen fördern kann.
  7. Partikel nach Anspruch 6, wobei das Mittel aus Säuren, Enzymen, Basen und Metallkomplexen ausgewählt ist.
  8. Partikel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei spaltbaren kovalenten Bindungen aus Amid-, Ester-, Disulfid-, Diester- und Peroxidbindungen ausgewählt sind.
  9. Partikel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, die eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung oder eine diese erzeugende Verbindung enthalten, ausgewählt aus Kesselsteininhibitoren, Korrosionsinhibitoren, Wachsinhibitoren, Hydratinhibitoren, Asphalteninhibitoren, Schaumbildnern, Bioziden, oberflächenaktiven Mitteln, Sauerstoffängern und Bakterien.
  10. Behandlungszusammensetzung für Bohrlöcher für Kohlenwasserstoffe, die eine Trägerflüssigkeit umfaßt, die Polymerpartikel enthält, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, die Polymerpartikel nach einem der Ansprüche 6 bis 9 umfaßt.
  12. Rohrförmiger Filter für die Anordnung in einem Bohrloch, der Polymerpartikel enthält, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbin dung davon kovalent gebunden ist, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  13. Filter nach Anspruch 12, der Polymerpartikel nach einem der Ansprüche 6 bis 9 enthält.
  14. Verwendung von Polymerpartikeln, bei denen an eine Polymerkomponente eine Behandlungschemikalie Für Bohrlöcher oder eine Vorläuferverbindung davon kovalent gebunden ist, für die Herstellung von Behandlungszusammensetzungen für Bohrlöcher für Kohlenwasserstoffe, wobei die Partikel in einer wäßrigen Umgebung spaltbare kovalente Bindungen enthalten, wodurch die Chemikalie oder Vorläuferverbindung freigesetzt oder zugänglich wird.
  15. Verwendung nach Anspruch 14 von Polymerpartikeln nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
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