KR101414222B1 - 해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 해양구조물의 데릭 승강구조 - Google Patents

해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 해양구조물의 데릭 승강구조 Download PDF

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Abstract

해양구조물의 데릭 승강 시스템을 개시한다.
해양구조물의 데릭 승강 시스템은 드릴플로어(14)에 설치되는 포스트 바디(110); 상기 포스트 바디(110)의 내부 일측에 설치되며, 구동모터(121)와 결합되는 기어박스(120); 상기 기어박스(120)와 치합(결합)하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 설치되는 중계기어(130); 상기 중계기어(130)에 치합하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 설치되는 피니언(140); 데릭(100')을 승강시킬 수 있도록 상기 데릭(100') 하단부를 지지하며, 상기 포스트 바디(110)의 내부 타측에 수직으로 승강 가능하게 설치되고, 상기 피니언(140)과 치합하도록 일면에 래크(151)가 형성되는 포스트(150); 및 상기 포스트(150)의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디(110)에 설치되는 스토퍼(160);를 포함한다.

Description

해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 해양구조물의 데릭 승강구조{RISING AND DESCEND SYSTEM AND STRUCTURE OF DERRICK IN OFFSHORE STRUCTURE}
본 발명은 해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 해양구조물의 데릭 승강구조에 관한 것으로, 상세하게는 육상 또는 해상의 시추작업에 사용되는 구조물인 데릭의 안정적인 수직 이동과 위치 고정을 위한 해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 해양구조물의 데릭 승강구조에 관한 것이다.
국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.
이러한 이유로 최근에는 육상 시추를 넘어 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해유전의 개발이 경제에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 개발되어 있다.
종래의 해저 시추에는 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일 점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫홈이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 소위, 시추선(drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.
이러한 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 각종 시추장비를 갖춘 리그선 또는 시추선(이하, 시추선)의 중심부에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drill pipe)가 상하로 이동될 수 있도록 문풀(moonpool)이 형성되어 있다.
도 1은 종래 시추선의 시추작업을 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면, 작업자는 라이저(3) 및 드릴 파이프(4)를 시추선의 중앙에 형성된 문풀(2)을 통해 하향 전진시킴으로써 해저 바닥(sea bed;5) 아래의 저유지(reservoir;11)에 위치하는 유정(well;12)에 저장되어 있는 해저자원을 시추한다.
상기 라이저(3)는 드릴 파이프(4)를 상기 유정(12)까지 전진시키기 전에 미리 상기 해저 바닥(5)까지 전진되는 부재로서 머드가 되돌아오는 통로를 제공한다.
상기 라이저(3)가 설치되면 라이저(3) 내부로 드릴 파이프(4)가 해저 지층(10)을 통해 상기 유정(12)까지 하향 전진한다.
이와 같이 라이저(3)를 해저 바닥(5)까지 하향 전진시키거나, 드릴 파이프(4)를 유정(12)까지 전진시킬 경우, 길게 연결된 라이저(3)나 드릴 파이프(4)를 하향 전진시키는 것이 아니라, 짧은 길이의 라이저(3)나 드릴 파이프(4)를 서로 연결하여 하향 전진시킨다.
해저 바닥(5)에는 이상 고압이 드릴 파이프(4)를 타고 올라오는 것을 차단하기 위해 분출 방지용 스택(blowout preventer;BOP)(6)이 설치된다.
해저지층(10)에서는 시멘트에 의해 케이싱(7)을 고정한 후, 케이싱 내부로는 드릴비트(9)가 장착된 드릴 파이프(4)를 삽입하여 해저자원을 시추한다.
드릴비트(9)가 땅을 뚫을 때 발생되는 열에 의해 드릴비트(9)가 과열되는 것을 방지하고 윤활작용을 하여 드릴링을 더욱 쉽게 하기 위해, 드릴 파이프(4) 속으로는 머드(8)가 삽입된다. 이러한 머드는 드릴비트(9)를 통해 빠져 나가 케이싱(7)과 라이저(3)를 통하여 다시 되돌아 오게 된다.
시추 작업이 종료되면, 드릴 파이프(4)는 문풀(2)을 통해 드릴플로어(drill floor)로 운반되어 분리된 후 적재장소로 운반된다.
도 2는 종래의 데릭 구조를 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래 시추선은 상부갑판(13)과, 상기 상부갑판(13)의 상부에 위치하는 드릴플로어(14)를 포함하고 있고, 상기 드릴 플로어(14)에는 데릭(1)이 설치된다. 파이프 적재공간에 가로로 적재된 드릴 파이프(4)는 세워져서 탑 드라이브(15) 및 로터리 테이블(16)에 의해 파지된다.
2개 이상의 드릴 파이프(4)가 서로 결합된 후, 결합된 드릴 파이프는 셋백 에어리어에 세로로 임시 적재된 후 시추 작업시 문풀을 통해 하향 전진된다.
데릭은 드릴파이프 등의 시추장비를 승강시키기 위한 것이며, 시추장비에 연결된 와이어로프를 윈치의 운전에 의해 권선하거나 풀게 됨으로써, 시추장비를 원하는 위치로 승강시키게 된다.
이러한 오일 및 가스에 대한 시추(drilling)는 오일의 안정적인 생산과 공급을 위해 해상 및 육지 모두에서 점점 더 깊은 깊이에서 착수되고 있다.
일반적으로, 데릭(1)은 스틸로 만들어진 트러스트형의 타워이며, 높이는 디자인에 따라 차이는 있지만 약 100m 정도가 되며, 점점 더 깊은 깊이에서의 시추를 위해 대형화되는 추세에 있다.
종래의 데릭은 그 높이가 고정된 구조로 형성되므로 무게중심이 항상 높게 위치하게 되며, 이로 인하여 데릭의 구조적 안정이 매우 취약한 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시추작업에 사용되는 데릭을 안전하게 신속히 수직이동시키거나, 위치를 안정적으로 고정할 수 있으므로, 데릭의 무게중심을 낮추어 구조적 안전성을 높이고 작업성을 향상시킬 수 있는 해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 해양구조물의 데릭 승강구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 해양구조물의 데릭 승강 시스템은 드릴플로어에 설치되는 포스트 바디; 상기 포스트 바디의 내부 일측에 설치되며, 구동모터와 결합되는 기어박스; 상기 기어박스와 치합(결합)하도록 상기 포스트 바디에 회전 가능하게 설치되는 중계기어; 상기 중계기어에 치합하도록 상기 포스트 바디에 회전 가능하게 설치되는 피니언; 데릭을 승강시킬 수 있도록 상기 데릭 하단부를 지지하며, 상기 포스트 바디의 내부 타측에 수직으로 승강 가능하게 설치되고, 상기 피니언과 치합하도록 일면에 래크가 형성되는 포스트; 및 상기 포스트의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디에 설치되는 스토퍼;를 포함한다.
상기 피니언은 상기 래크에 치합되는 고정핀을 갖는다.
상기 포스트 바디에는 래칫트 실린더(ratchet cylinder)가 설치되고, 상기 래칫트 실린더(ratchet cylinder)의 로드에는 회동 래치가 설치된다. 상기 회동 래치는 상기 피니언의 걸림 돌기에 선택적으로 걸리게 되는 구조이다.
상기 스토퍼를 선택적으로 로킹시킬 수 있도록 상기 포스트 바디에는 상기 스토퍼에 결합하는 세이프티 실린더가 설치된다.
상기 포스트 바디와 상기 포스트는 상기 데릭의 하부 네 모퉁이를 지지하도록 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 해양구조물의 데릭 승강구조는 래크와 피니언의 치합구조에 의해서 데릭을 승강시킬 수 있도록 구성된다.
본 발명에 따른 해양구조물의 데릭 승강구조에서는 드릴플로어에 포스트 바디가 설치되고, 상기 포스트 바디의 내부 일측에 기어박스가 설치되며, 상기 기어박스에는 구동모터와 결합하고, 상기 기어박스와 치합하도록 상기 포스트 바디에 중계기어가 회전 가능하게 설치되며, 상기 중계기어에 치합하도록 상기 포스트 바디에 회전 가능하게 상기 피니언이 설치되고, 상기 데릭을 승강시킬 수 있도록 상기 데릭 하단부를 포스트가 지지하며, 상기 포스트 바디의 내부 타측에는 수직으로 승강 가능하게 상기 래크가 설치된다.
상기 포스트의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디에는 스토퍼가 설치된다.
상기 스토퍼를 선택적으로 로킹시킬 수 있도록 상기 포스트 바디에는 상기 스토퍼에 결합하는 세이프티 실린더가 설치된다.
본 발명에 따르면, 시추작업에 사용되는 데릭을 안전하게 신속히 수직이동시키거나, 위치를 고정할 수 있으므로, 데릭의 제조 과정에 있어서의 작업시간을 단축할 수 있고, 아울러 데릭의 제조단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 데릭의 무게중심을 낮추어 구조적 안전성을 높이고 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 시추선의 시추작업을 도시한 측면도
도 2는 종래 데릭의 구조를 도시하는 도면
도 3은 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(좌현 측)
도 4는 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(우현 측)
도 5는 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(전면 측)
도 6은 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(후면 측)
도 7은 도 3의 요부발췌 확대도
도 8은 도 7의 평면도
도 9는 도 7의 요부발췌 확대도
도 10은 도 3의 A-A'선 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 해양구조물의 데릭 승강구조를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(좌현 측), 도 4는 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(우현 측), 도 5는 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(전면 측), 도 6은 본 발명에 따른 해양구조물의 승강구조형 데릭을 보인 측면도(후면 측), 도 7은 도 1의 요부발췌 확대도, 도 8은 도 7의 평면도, 도 9는 도 7의 요부발췌 확대도 그리고, 도 10은 도 3의 A-A'선 단면도이다.
위 첨부도면을 참조하면, 본 발명은 시추작업시 시추용 파이프를 지탱하는 구조물인 데릭의 수직이동 및 위치고정을 목적으로 하는 발명이므로, 육상뿐만 아니라 해상에서의 시추작업시에도 시추용 파이프를 지지하는 기능을 하는 구조물이라면 그 사용용어, 예를 들어 데릭(derrick) 또는 마스트(mast)에 한정하지 않고 본 발명을 적용할 수 있을 것이다.
시추작업에 사용되는 구조물인 데릭은 복잡한 철골 구조이며 자체하중이 무겁고, 또 이음부가 볼팅으로 이루어져 있다. 그리고, 높이가 통상 100m 정도로 상당히 긴 구조물이므로 철골 구조물에 약간의 휨이 발생하여도 데릭의 전체 구조물상에서는 상당한 휨이 발생할 수 있다.
또한, 데릭은 육상 또는 해상에서 수백m ~ 수천m의 깊이에 있는 유정으로 시추용 파이프를 내려보내는 데 사용하므로, 시추용 파이프의 중심을 일정하게 유지하면서 시추용 파이프를 내려보내야 유정의 상부와 정확하게 일치할 수 있다. 따라서, 정확한 중심을 유지하기 위해 데릭의 철골 구조물은 약간의 휨도 없도록 고도의 직진도를 유지할 필요가 있다.
도 3 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 해양구조물의 데릭 승강 시스템은 드릴플로어(14)에 설치되는 포스트 바디(110), 상기 포스트 바디(110)의 내부 일측에 설치되며 구동모터(유압모터)(121)와 결합되는 기어박스(120), 상기 기어박스(120)와 치합(결합)하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 설치되는 중계기어(130), 상기 중계기어(130)에 치합하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 설치되는 피니언(140), 데릭(100')을 승강시킬 수 있도록 상기 데릭(100') 하단부를 지지하며 상기 포스트 바디(110)의 내부 타측에 수직으로 승강 가능하게 설치되고 상기 피니언(140)과 치합하도록 일면에 래크(151)가 형성되는 포스트(150), 및 상기 포스트(150)의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디(110)에 설치되는 스토퍼(160)를 포함한다.
상기 피니언(140)은 상기 래크(151)에 치합되는 고정핀(142)을 갖는다. 상기 포스트 바디(110)에는 래칫트 실린더(ratchet cylinder)(170)가 설치되고, 상기 래칫트 실린더(ratchet cylinder)(170)의 로드(170a)에는 회동 래치(171)가 설치된다. 상기 회동 래치(171)는 선택적으로 상기 피니언(140)의 걸림 돌기에 걸리게 되는 구조이다. 다시 말해, 상기 포스트(150)가 상승하는 방향으로 상기 피니언(140)이 회전하는 경우에 회동 래치(171)는 상기 피니언(140)의 회전에 영향을 주지 않지만, 데릭이 일정 높이로 상승한 상태에서 유압라인 파손에 의한 안전 사고의 위험을 방지하기 위한 경우에 회동 래치(171)는 상기 피니언(140)의 회전에 제한을 주도록 구성된다. 즉, 상기 피니언(140)에는 외주방향을 따라 걸림 돌기가 형성되고, 상기 걸림 돌기에는 상기 회동 래치(171)가 선택적으로 걸리게 되어 상기 데릭(100')의 하중에 의해서 상기 피니언(140)이 임의로 역회전하는 것을 방지할 수 있다.
삭제
상기 스토퍼(160)를 선택적으로 로킹시킬 수 있도록 상기 포스트 바디(110)에는 상기 스토퍼(160)에 결합하는 세이프티 실린더(180)가 설치된다. 상기 세이프티 실린더(180)는 상기 스토퍼(160)에 직교하는 방향으로 배치된다(도 7 참조).
상기 포스트 바디(110)와 상기 포스트(150)는 상기 데릭(100')의 하부 네 모퉁이를 지지하도록 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 해양구조물의 데릭 승강구조는 래크(151)와 피니언(140)의 치합구조에 의해서 데릭(100')을 승강시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 드릴플로어(14)에 포스트 바디(110)가 설치되고, 상기 포스트 바디(110)의 내부 일측에 기어박스(120)가 설치되며, 상기 기어박스(120)에는 구동모터(121)와 결합하고, 상기 기어박스(120)와 치합하도록 상기 포스트 바디(110)에 중계기어(130)가 회전 가능하게 설치되며, 상기 중계기어(130)에 치합하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 상기 피니언(140)이 설치되고, 상기 데릭(100')을 승강시킬 수 있도록 상기 데릭 하단부를 포스트(150)가 지지하며, 상기 포스트 바디(110)의 내부 타측에는 수직으로 승강 가능하게 상기 래크(151)가 설치된다.
상기 포스트(150)의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디(110)에는 스토퍼(160)가 설치된다. 상기 스토퍼(160)를 선택적으로 로킹시킬 수 있도록 상기 포스트 바디(110)에는 상기 스토퍼(160)에 결합하는 세이프티 실린더(180)가 설치되고, 상기 세이프티 실린더(180)는 상기 스토퍼(160)에 직교하는 방향으로 배치된다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 해양구조물의 데릭 승강 시스템 및 구조에서의 작동을 설명하면 다음과 같다.
시추선이 시추지점으로 이동하거나 태풍 등의 재난에 의한 피항의 경우에는 데릭을 하강하여 데릭 구조물의 무게중심으로 낮추게 된다. 반면에 시추작업시에는 데릭을 상승시키도록 한다.
데릭을 상승시키는 과정을 살펴보면, 기어박스(120)에 치합된 구동모터(121)가 구동하여 기어박스(120)에 치합된 중계기어(130)를 회전시키면, 중계기어(130)에 치합된 피니언(140)이 회전한다. 피니언(140)의 고정핀(142)이 래크(150)에 치합되어 있으므로 피니언(140)의 회전에 의해서 래크(150)가 상승한다. 이때 래크(150)에 일체로 구성된 포스트(110)가 상승하고 그 포스트(110)에 설치된 데릭 (100')이 상승하게 된다.
그 다음, 상기 포스트(150)의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디(110)의 홈(110a)에 스토퍼(160)를 고정하며, 상기 스토퍼(160)에 세이프티 실린더(180)를 로킹하여 구동모터(121)의 유압 라인(121a)이 손상되는 경우에도 안전성을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 시추작업에 사용되는 데릭을 안전하게 신속히 수직이동시키거나, 위치를 고정할 수 있으므로, 데릭의 제조 과정에 있어서의 작업시간을 단축할 수 있고, 아울러 데릭의 제조단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 데릭의 무게중심을 낮추어 구조적 안전성을 높이고 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
14: 드릴플로어
100': 데릭
110: 포스트 바디
120: 기어박스
121: 구동모터
130: 중계기어
140: 피니언
142: 고정핀
150: 포스트
151: 래크
160: 스토퍼
170: 래칫트 실린더
180: 세이프티 실린더

Claims (9)

  1. 드릴플로어(14)에 설치되는 포스트 바디(110); 상기 포스트 바디(110)의 내부 일측에 설치되며, 구동모터(121)와 결합되는 기어박스(120); 상기 기어박스(120)와 치합(결합)하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 설치되는 중계기어(130); 상기 중계기어(130)에 치합하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 설치되는 피니언(140); 데릭(100')을 승강시킬 수 있도록 상기 데릭(100') 하단부를 지지하며, 상기 포스트 바디(110)의 내부 타측에 수직으로 승강 가능하게 설치되고, 상기 피니언(140)과 치합하도록 일면에 래크(151)가 형성되는 포스트(150); 및 상기 포스트(150)의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디(110)에 설치되는 스토퍼(160);를 포함하되,
    상기 피니언(140)은 상기 래크(151)에 치합되는 고정핀(142)을 가지며, 상기 포스트 바디(110)에는 래칫트 실린더(ratchet cylinder)(170)가 설치되고, 상기 래칫트 실린더(ratchet cylinder)(170)의 로드(170a)에는 회동 래치(171)가 설치되며, 상기 회동 래치(171)는 상기 피니언(140)의 걸림 돌기에 선택적으로 걸리게 되어 상기 피니언(140)의 회전에 제한을 주도록 하는 구성을 갖는 해양구조물의 데릭 승강 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스토퍼(160)를 선택적으로 로킹시킬 수 있도록 상기 포스트 바디(110)에는 상기 스토퍼(160)에 결합하는 세이프티 실린더(180)가 설치되며, 상기 세이프티 실린더(180)는 상기 스토퍼(160)에 직교하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 데릭 승강 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 포스트 바디(110)와 상기 포스트(150)는 상기 데릭(100')의 하부 네 모퉁이를 지지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 데릭 승강 시스템.
  6. 래크(151)와 피니언(140)의 치합구조에 의해서 데릭(100')을 승강시킬 수 있도록 구성하되,
    드릴플로어(14)에 포스트 바디(110)가 설치되고, 상기 포스트 바디(110)의 내부 일측에 기어박스(120)가 설치되며, 상기 기어박스(120)에는 구동모터(121)와 결합하고, 상기 기어박스(120)와 치합하도록 상기 포스트 바디(110)에 중계기어(130)가 회전 가능하게 설치되며, 상기 중계기어(130)에 치합하도록 상기 포스트 바디(110)에 회전 가능하게 상기 피니언(140)이 설치되고, 상기 데릭(100')을 승강시킬 수 있도록 상기 데릭 하단부를 포스트(150)가 지지하며, 상기 포스트 바디(110)의 내부 타측에는 수직으로 승강 가능하게 상기 래크(151)가 설치되며,
    상기 피니언(140)은 상기 래크(151)에 치합되는 고정핀(142)을 가지며, 상기 포스트 바디(110)에는 래칫트 실린더(ratchet cylinder)(170)가 설치되고, 상기 래칫트 실린더(ratchet cylinder)(170)의 로드(170a)에는 회동 래치(171)가 설치되며, 상기 회동 래치(171)는 상기 피니언(140)의 걸림 돌기에 선택적으로 걸리게 되어 상기 피니언(140)의 회전에 제한을 주도록 하는 구성인 것을 특징으로 하는 해양구조물의 데릭 승강구조.
  7. 삭제
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 포스트(150)의 승강 위치를 고정하도록 상기 포스트 바디(110)에는 스토퍼(160)가 설치되고, 상기 스토퍼(160)를 선택적으로 로킹시킬 수 있도록 상기 포스트 바디(110)에는 상기 스토퍼(160)에 결합하는 세이프티 실린더(180)가 설치되며, 상기 세이프티 실린더(180)는 상기 스토퍼(160)에 직교하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 데릭 승강구조.
  9. 삭제
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US4630688A (en) * 1981-06-24 1986-12-23 Weatherford/Lamb, Inc. Power spinner for rotating a kelly joint
JPH061587A (ja) * 1992-06-15 1994-01-11 Nippon Steel Corp 吊下式搬送装置
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