Perforacion Bajo Balance (Fluido Aireado), En El Campo Percheles

FICHA DE IDENTIFICACIÓN DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Título: ESTUDIO Y DESRIPCION DE LA PERFORACION BAJO BALANCE (FLUIDO AIREADO), EN EL CAMPO PERCHELES

Autor: Fabián Andrés Cerezo Garamendi - 200900465 Bryan Orellana Barrientos - 201104283 Ronald Rodríguez Alvarado - 201201466 Yaneth López Ramos – 201204048 201204048 Gabriel Albino Gallego - 201202208

Fecha: 02/06/2016 Carrera: Ingeniería en gas y petróleo Asignatura: Metodología de la investigación Grupo: A Docente: Lic. Piero Andrés Valenzuela Periodo Académico: Gestión I Subsede: Santa Cruz

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INDICE CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1. Introducción ..................................................................................................................... 1 1.2. Antecedentes. ................................................................................................................. 2 1.3. Delimitación. .................................................................................................................... 3 1.3.1. Limite geográfico. ......................................................................................................... 3 1.3.2. Limite temporal ............................................................................................................. 3 1.3.3. Limite sustantivo. .......................................................................................................... 3 1.4. Planteamiento del problema. ........................................................................................... 4 1.4.1. Formulación del problema. ........................................................................................... 4 1.5. Sitematización del problema y formulación de la solución. ............................................. 4 1.5.1. Desarrollo del problema y formulación de la solución .................................................. 4 1.5.1.1. Causas ...................................................................................................................... 4 1.5.1.2. Efectos. ..................................................................................................................... 5 1.5.1.3. Acción. ....................................................................................................................... 5 1.5.1.4. Fin. ............................................................................................................................ 5 1.6. Objetivos ......................................................................................................................... 7 1.6.1. Objetivo general. .......................................................................................................... 7 1.6.2. Objetivos específicos. ................................................................................................... 7 1.7. Justificación. .................................................................................................................... 7 1.7.1. Justificación científica. .................................................................................................. 7 1.7.2. Justificación ambiental. ................................................................................................ 8 1.7.3. Justificación económica. ............................................................................................... 8 1.7.4. Justificación personal. .................................................................................................. 8 1.8. Metodología. .................................................................................................................... 9 1.8.1. Tipo de investigación. ................................................................................................... 9 1.8.2. Tipo de estudio. ............................................................................................................ 9 1.8.3. Fuentes de información ................................................................................................ 9 1.8.3.1. Fuente primaria. ........................................................................................................ 9 1.8.3.2. Fuente secundaria. .................................................................................................. 10















CAPITULO II CONCEPTOS BASICOS 2.1. Introducción ................................................................................................................... 11 2.2. Parámetros 2.2. Parámetros de las formaciones. .................................................................................... 11 2.2.1. Propiedades 2.2.1. Propiedades mecánicas de las rocas. ........................................................................ 11 2.2.1.1. Relación de Poisson .................................................................................................11 2.2.1.2. Modulo de Young .....................................................................................................12 2.2.1.3. Modulo de cizallamiento. ......................................................................................... 12 2.2.1.4. Modulo volumétrico. ................................................................................................ 12 2.2.1.5. Modulo de compresibilidad. ..................................................................................... 12 2.2.1.6. Compresibilidad de la roca. ..................................................................................... 13 2.2.1.7. Abrasividad.......................... ............. ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... ......................... ..................... ......... 13 2.2.1.8. Angulo de fricción interna interna ......................... ............ ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... ............. 13 2.2.2. Propiedades litológicas de las rocas. ......................................................................... 13 2.1.2.1. Permeabilidad ......................................................................................................... 13 2.1.2.2. Porosidad. .......................... ............. ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... ......................... ..................... ......... 14 2.1.2.2.1. Por su origen. ....................................................................................................... 14 2.1.2.2.2. Por la comunicación de los poros ......................... ............ ......................... ......................... ......................... ..................... ......... 14 2.2.2. 2.2.2. Presiones ................................................................................................................... 15 2.2.2.1. Presión 2.2.2.1. Presión de formación. .............................................................................................. 15 2.2.2.2. Presión 2.2.2.2. Presión de Fractura ................................................................................................. 17 2.2.2.3. Esfuerzo 2.2.2.3. Esfuerzo de sobrecarga .......................................................................................... 18 2.2.2.4. Presión 2.2.2.4. Presión diferencial. .................................................................................................. 18 2.2.2.4.1. 2.2.2.4.1. Sobre balanceada. ................................................................................................19 2.2.2.4.2. 2.2.2.4.2. Balanceada. ......................................................................................................... 19 2.2.2.4.3. Sub 2.2.2.4.3. Sub balanceada. ....................................................................................................19 2.2.2.5. Presión Hidrostática. ............................................................................................... 20 2.3. Fluidos 2.3. Fluidos de perforación. .................................................................................................. 21 2.3.1. Clasificación 2.3.1. Clasificación de los fluidos de perforación. ......................... ............ ......................... ......................... .......................... ............... .. 21 2.3.1.1. Fluidos aceite. ........................ ........... ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... ......................... ................. ..... 22 2.3.1.2. Fluidos a base de agua .......................................................................................... 22 2.3.1.2.1. Fluidos 2.3.1.2.1. Fluidos no inhibidos. ............................................................................................. 23















2.3.2. Funciones de los fluidos de perforación ..................................................................... 25 2.3.2.1. Funciones principales .............................................................................................. 25 2.3.2.1.1. Control de la presión del subsuelo ........................................................................25 2.3.2.1.2. Transporte de los recortes. ....................................................................................26 2.3.2.1.3. Estabilizar el pozo ................................................................................................ 27 2.3.2.2. Funciones secundarias .............................................................................................28 2.3.2.2.1. Soportar el peso de tubulares ...............................................................................28 2.3.2.2.2. 2.3.2.2.2. Enfriar, Enf riar, lubricar el trepano y la sarta de perforación perforación .......................... ............. ......................... ................... ....... 28 2.3.2.2.3. Transmitir energía hidráulica al trepano ............................................................... 29 2.3.2.2.4. 2.3.2.2.4. Proporcionar un medio adecuado para correr registros eléctricos ....................... ............ ........... 29 2.3.2.2.5. Ayudar en la recolección de datos geológicos y evaluación de la formación.............................................................................................................................. 29 2.3.3. Beneficios Adicionales .................................................................................................30 2.3.3.1. Minimizar el daño a la formación ..............................................................................30 2.3.3.2. Reducir al mínimo las pérdidas de circulación ........................................................ 30 2.3.3.3. Reducir la corrosión ..................................................................................................31 2.3.3.4. Reducir el aprisionamiento de la tubería ................................................................. 32 2.3.3.5. Reducir las pérdidas de presión ...............................................................................33 2.3.3.6. Mejorar la velocidad de penetración. ........................................................................33 2.3.3.7. Reducir el impacto ambiental. ..................................................................................33 2.3.3.8. Mejorar la seguridad ................................................................................................ 34 2.3.4. Velocidad de penetración ............................................................................................34 2.3.4.1. Variables inalterables .............................................................................................. 34 2.3.4.1.1. Permeabilidad....................................................................................................... 35 2.4

Aspectos generales de la perforación bajo balance ......................... ............. ......................... .......................... ............. 36

2.4.1. Definición de la perforación bajo balance ....................................................................36 2.4.2. Ventajas de la perforación perforación bajo balance.......................... ............ ......................... ......................... .......................... ..................38 .....38 2.4.2.1. 2.4.2.1. Disminución en los costos de perforación. ......................... ............. ......................... ......................... ....................... ........... 38 2.4.2.1.1. 2.4.2.1.1. Incremento en la velocidad de perforación. ........................ ............ ......................... ......................... ..................... ......... 38 2.4.2.1.2. 2.4.2.1.2. Incremento en La vida útil del trepano. ......................... ............ ......................... ......................... .......................... ................39 ...39 2.4.2.1.3. Reducción de pérdidas de circulación. ................................................................. 39 2.4.2.1.4. 2.4.2.1.4. Reducción de los tiempos de limpieza y prueba de pozo. ......................... ............. ....................... ........... 40















2.4.2.2.1. Aprisionamiento por presión diferencial. ............................................................... 41 2.4.2.2.2. Incidentes de control de pozo ............................................................................... 42 2.4.2.3. Reducción del daño a la formación ......................... ............ ......................... ......................... ......................... ........................ ............ 43 2.4.2.4. Evaluación temprana temprana del yacimiento yacimiento.......................... ............. ......................... ......................... .......................... .................... ....... 44 2.4.2.5. Reducción de los efectos ambientales ......................... ............ ......................... ......................... .......................... .................. ..... 44 2.4.3. Desventajas de la perforación bajo balance ......................... ............. ......................... ......................... ........................ ............ 45 2.4.3.1. Inestabilidad del pozo .............................................................................................. 45 2.4.3.2. Influjos de agua. ....................................................................................................... 46 2.4.3.3. Corrosión ................................................................................................................. 46 2.4.3.4. Explosiones En Fondo ............................................................................................. 47 2.4.3.5. Vibraciones de la sarta y ensamble de fondo ........................ ............ ......................... ......................... ...................... .......... 47 2.4.3.6. Equipo de perforación direccional ........................ ............ ......................... ......................... ......................... .......................... ............... 48 2.4.3.7. Factores económicos ............................................................................................... 48 2.4.4. Consideraciones especiales ....................................................................................... 49 2.4.5. Control de pozo ........................................................................................................... 50 2.4.6. Clasificación de la perforación bajo balance según el objetivo ............................ ............... .................... ....... 51 2.4.6.1. Perforación de Yacimiento (UB Reservoir Drilling) ........................ ............ ......................... .......................... ............... 51 2.4.6.2. Optimización de la Perforación (Performance Drilling) ......................... ............ ......................... .................... ........ 51 2.4.6.3. Perforación con Flujo Controlado (MPD) ........................ ........... ......................... ......................... .......................... ................ ... 51 2.4.6.3.1. 2.4.6.3.1. Capa De Lodo Lodo Presurizada (Mud Cap) ......................... ............ ......................... ......................... .......................... ............... 52

INDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Angulo de fricción interna .................................................................................... 13 Figura 2.2 Gradientes de formacion ..................................................................................... 15 Figura 2.3 Presiones litológicas y gradientes de presión ......................... ............ ......................... ......................... ................. .... 16 Figura.2.4 Presion diferencial ............................................................................................... 19 Figura 2.5 Presion hidrostática .......................... ............. ......................... ......................... .......................... ......................... ......................... .................. ..... 20 Figura 2.6 Clasificación de los fluidos de perforación ........................................................... 21 Figura 2.7 Fluidos base agua ................................................................................................23 Figura.2.8 Pérdidas de circulación en formaciones suaves y duras ........................ ........... .......................... ............. 31 Figura 2.9 Corrosion de los tubulares ................................................................................... 31 Figura 2.10 Aprisionamiento por diferencial de presión

...... 32















Figura 2.14 Sistemas de perforación .................................................................................... 38 Figura 2.15 Beneficios de la perforación bajo balance ......................................................... 40 Figura 2.16 Aprisionamiento por presion diferencial......................... ............. ......................... ......................... ....................... ........... 42

INDICE DE CUADROS Y TABLAS Cuadro 1.1 Diagrama Causa - Efecto; Acción - Fin. ......................... ............. ......................... ......................... ......................... ............. 6 .

















CAPITULO I INTRODUCCION 1.1

Introducción

La práctica convencional de perforación exige el mantenimiento de la presión hidrostática del fluido de perforación entre la presión de los poros de la formación y de su presión de fractura,por lo tanto la perforación perforación en formaciones despresurizadas despresurizadas o con bajos gradientes de fracturas con estas técnicas, resulta costoso debido a que se enfrentara problemas en forma simultánea, tales como pérdidas totales de circulación, posibles surgencias, pegaduras por presión diferencial, atrapamiento de sarta de perforación por empacamiento. Lo que tiende a incrementar los costos de la operación. Todo esto obedece a que la densidad equivalente necesaria para perforar cierta sección, contrasta con la que requiere dicho tramo. Con la técnica de perforación en bajo balance balance se puede resolver resolver tales problemas. La elaboración de este tipo de proyectos lleva a tener un conocimiento fundamental de la perforación bajo balance, de la selección del pozo, la estabilidad mecánica, su aplicación en formaciones mecánicamente estables y los posibles problemas encontrados. Su aplicación en el campo Percheles es es la solución solución usada usada para mitigar la perdida perdida de circulación y los problemas mencionados anteriormente, con la finalidad de atravesar el sistema carbonífero, más específicamente en formaciones superficiales, abrasivas, friables en las que se presentan severas pérdidas de circulación constituyendo en un

















Presentan presiones subnormales, las cuales son propensas a las pérdidas de circulación debido a la presencia presencia de micro fracturas y zonas zonas altamente permeables. Observados los argumentos mencionados es que se considera posible la aplicación de esta técnica para evitar la pérdida de circulación y alcanzar altas velocidades de penetración.

1.2

Antecedentes

Originalmente, los lodos aireados constituyeron la mayoría de

los

lodos

de

perforación gasificados. La aplicación primaria de estos fluidos fue la de evitar las pérdidas de circulación, circulación, más que para perforar específicamente específicamente en desbalance. Aunque han sido previamente usados en la industria del gas y el petróleo, la primera aproximación de ingeniería para perforar con fluidos gasificados fue hecha en Emery County, Utah a principios de los 50. Se inyectó aire comprimido al

lodo

de

perforación en la tubería vertical, para reducir la presión de fondo y evitar las pérdidas que ocurrían ocurrían al perforar sólo con lodo. De igual forma en que las herramientas de la perforación rotaria han evolucionado, los sistemas de fluidos para perforar bajo condiciones de bajo balanceada lo han hecho, encontrándose hoy en día mas optimizados. Siendo patentada en EEUU el año 1994 por por la Empresa Company Company Clearwater Inc. En Bolivia ha sido implementada en el año 1999 para los campos localizados en el

















1.3

Delimitación

1.3.1 Limite geográfico País:

Bolivia.

Departamento: Santa Cruz Provincia

: Andrés Ibáñez

Campo

: Percheles

Formaciones : Sistema Carbonífero (Fm Tarija)

1.3.2 Limite temporal

El tiempo estimado para la realización del perfil de proyecto de grado abarcara la gestión I y II del año 2016. 1.3.3 Limite sustantivo El proyecto se desarrollara en base a las teorías y estudios científicos sobre la tecnología de perforación bajo balance. De este modo poder ratificar todas las ventajas de la tecnología de la perforación bajo balance y así lograr optimizar su aplicación para el campo Percheles.

















1.4

Planteamiento del problema

Presencia de formaciones problemáticas En el pozo PCH1003, que ocasionan pérdidas de circulación, debido a que las formaciones se encuentran plegadas, además de presentar diaclasas y presencia de micro fracturas siendo este un factor para que las mismas formaciones sean demasiado permeables.

1.4.1 Formulación del problema Las formaciones al presentar fracturas, diaclasas o micro fracturas, además de estar depletadas, pueden presentar perdidas de circulación e invasión en las formaciones a ser atravesadas por los fluidos de perforación, considerando la posibilidad de aprisionamiento por presión diferencial. Al tener en cuenta estos factores, significaran grandes cantidades cantidades de tiempo y el costo adicional adicional en la perforación.

¿Logra reducir los problemas de perforación, relacionados a perdidas de circulación y pegamiento por presión diferencial, la aplicación del principio de perforación bajo balance? 1.5

Sistematización de problema y formulación de la solución

1.5.1.1

Desarrollo del problema y formulación de la solución

















Problema Severas pérdidas de fluido de perforación que se presentan en las formaciones y el riesgo de aprisionamiento por presión diferencial. 1.5.1.1.2

Efectos

circulación del fluido a la formación. Efecto 1: Perdida de circulación

Efecto 2: Reducción de la columna hidrostática por efecto de la pérdida de circulación pegadura del trepano hacia la formación. Efecto 3: Incremento en la fricción y pegadura

1.5.1.1.3

Acciones

del fluido de perforación. Acción 1: Reducir la densidad del

Acción 2: Optimización, aplicación de flujos aireados Acción 3: Incremento del régimen de penetración

Solucion Aplicación de la perforación con fluidos gasificado tomando los principios de la perforación bajo balance para minimizar al mínimo las pérdidas de circulación y el aprisionamiento.



















Cuadro 1.1 Diagrama causa - efecto; acción – fin

E 1

Perdida de circulación del fluido a la formación

E 3

E 2

Reducción de la columna hidrostática por efecto de la pérdida de

Incremento en la fricción y pegadura del trepano hacia la formación.

F1

Reducción al mínimo las perdidas de volúmenes de circulación del fluido

F2

Reducción de la posibilidad de aprisionamiento por presión diferencial

PROBLEMA

Elevada densidad del fluido de perforación, en un sistema convencional

Incremento de la vida útil del trepano.

SOLUCION

Aplicación de la p erforación con fluido s gasificado tomando los principios de la perforación bajo balanc e para minimizar al mínimo las pérdidas de circulación y el aprisionamiento.

Severas pérdidas de fluido de perforación que se presentan en las formaciones y el riesgo de aprisionamiento por presión diferencial.

C1

F3

C2

C3

Formaciones diaclasadas, micro fracturadas.

Bajos gradientes de fractura, formaciones depletadas

A1

Reducir la densidad del fluido.

A2

Optimización, aplicación de flujos aireados

A3

Incremento de la velocidad de penetración

Fuente: Elaboración Propia 6













1.6

Objetivos

1.6.1 Objetivo general Analizar la viabilidad técnica de la operación de Perforación Bajo Balance, haciendo uso del sistema de fluidos aireados, como una solución a los problemas de perforación que se presentan en el sistema carbonífero del camopo Percheles.

1.6.2 Objetivos específicos



Describir las características características litológicas y geológicas geológicas de las formaciones formaciones de interés para la aplicación de la técnica técnica de perforación bajo bajo balance.



Analizar el diseño y preparación preparación de los fluidos de perforación para para mantener la presión en el fondo del del pozo en un rango de desbalance desbalance y de de esta manera controlar las pérdidas pérdidas de circulación.



Definir los equipos, herramientas y materiales a utilizar en en la perforación.



Determinar los caudales caudales necesarios de aire para para realizar la inyección a la fase liquida del sistema de de lodo.





















Mejora la evaluación de la formación y reduce los costos de prueba.



Reduce el daño a la formación.

1.7.2 Justificación ambiental El buen manejo de las herramientas, y los equipos a ser usado, reducen los riesgos de descontrol y contaminación por los productos y aditivos químicos; se presenta la lixiviación del fluido, debido a ser una formación que presenta bastante micro fracturas, y eso genera la migración del mismo a direcciones desconocidas llegando a ser un problema si estas emanan o afloran en aéreas cercanas. Este proceso se realiza para la preservación del medio ambiente, la alteración del medio biótico como abiótico será menor, menor, sin afectar a las poblaciones poblaciones aledañas.

1.7.3 Justificación económica La realización o utilización de esta técnica es justificable económicamente por los beneficios a ser alcanzados:



















y otros, todo esto con la finalidad de obtener la licenciatura en Ingeniería en G as y Petróleo.

1.8

Metodología

1.8.1 Tipo de investigación El desarrollo de investigación es de tipo causal comparativa y experimental. Siendo la perforación bajo balance una técnica de la cual se conoce muy poco, se toman consideraciones con relación a la técnica convencional de perforación. Además la investigación se la describe describe de manera secuencial secuencial y ordenada.

1.8.2 Tipo de estudio Es tipo científico y tecnológico ya que busca satisfacer una curiosidad científica o tecnológica que haga avanzar la ciencia o la industria en el área de la industria petrolera.





















Documentales y/o manuales: Son correlaciones, casos de pozos en el cual se realizo la técnica.



Fuentes bibliográficas: Aportación científica, bibliografía a ser tomada durante la investigación.



Fuentes Informáticos: Consultas a realizar a paginas de interés dentro de la red internet.

1.8.4 Métodos



La obtención obtención de correlaciones correlaciones de proyectos proyectos realizados realizados aplicando esta técnica, técnica, todo esto sobre la zona zona de interés,



Recomendaciones Recomendaciones para proyectos futuras.

1.8.4.1

Procedimientos



Por medio de consultas a los entidades especialistas, además de técnicos.



Diseño de una base de datos, referente referente al tema, tema, con los problemas problemas que que se presentaran y cuál fue la acción acción tomada.





















CAPITULO II CONCEPTOS BASICOS 2.1

Introducción

Con la finalidad de planificar adecuadamente un programa de pozos y llevar a cabo la perforación de los mismos, de manera tanto segura como económica, es esencial contar con conocimientos y comprensión adecuados de las presiones de formación y gradientes de fractura. Esto permite optimizar las densidades de lodo y la ubicación de las zapatas guías de la tubería de revestimiento, revestimiento, para lograr un

equilibrio

suficiente contra las presiones de formación, el cual al mismo tiempo no debe ser tan alto como para significar un riesgo riesgo de daños o fractura de la formación.





















2.2.1.2

Modulo de Young

Es una relación entre los esfuerzos y deformaciones longitudinales, que obedece a la propiedad elástica de la roca al estar sometida a los esfuerzos compresivos por el trepano.

2.2.1.3

Modulo de cizallamiento

Es el efecto de los esfuerzos paralelos comprensionales que se producen al contacto del trepano con la cara de la formación y se define como la fuerza tangencial sobre la cara de la roca y es expresada de la siguiente forma.





















2.2.1.6

Compresibilidad de la roca

Es la relación que existe entre el cambio volumétrico de la matriz generado por la carga compresiva compresiva de una columna columna hidrostática. Se expresa expresa como

2.2.1.7

Abrasividad

La capacidad de desgastar los metales y aleaciones duras en el proceso de rozamiento, esta manifiesta es reflejada cuando actúan herramientas cortantes y otros elementos del equipo de perforación.





















2.2.1.9 2.2.1.9.1

Propiedades litológicas de las rocas Permeabilidad

Se denomina a la capacidad de desplazamiento de los fluidos a través de un medio poroso, siendo de necesidad los espacios que se encuentren interconectados, es una propiedad dinámica. La velocidad de desplazamiento del fluido a través de un medio depende de tres factores. f actores. 

La porosidad de la formación



La densidad del fluido, sometidos a una temperatura



La presión ejercida sobre el fluido





















Efectiva: Es el porcentaje de los poros que se encuentran intercomunicados y permitan la circulación de los fluidos f luidos

No efectiva: Representa la diferencia entre la porosidad absoluta, menos la porosidad efectiva.

2.2.2 Presiones 2.2.2.1 Presión de formación Se define como la presión ejercida por el fluido contenido dentro de los espacios de poro de una roca o sedimento, los granos son el elemento sólido o roca, y los poros son los espacios entre estos granos. La presión de formación se refiere a la presión























Las formaciones con presión normal, ejercen una presión igual a la columna del fluido nativo de dicha formación hasta la superficie. El gradiente de presión de los fluidos nativos generalmente fluctúa de 0,433 psi/pie (0.0979 bar/m) a 0.465 psi/pie (0.1052 bar/m), y varía de acuerdo con la región región geológica. Las formaciones presurizadas dentro de este rango, son llamadas normales,























2.2.2.2 Presión de Fractura La presión de fractura se puede puede definir, en términos sencillos, sencillos, como la

presión

máxima que puede soportar una formación antes de que se exceda su resistencia a la tensión y la formación se fracture3.























2.2.2.3. Esfuerzo de sobrecarga A una cierta ci erta profundidad, pr ofundidad, la presión de sobrecarga en la presión ejercida por el peso acumulado de los sedimentos suprayacentes. El peso acumulado de las rocas suprayacentes es una función de la densidad total de la masa ó Densidad Aparente, es decir, el peso combinado de la matriz de roca y los fluidos

de

formación























2.2.2.4.1. Sobre balanceada Sobre balanceada significa que la presión hidrostática ejercida en el fondo del pozo es mayor que la presión de formación

2.2.2.4.2. Balanceada























2.2.2.5. Presión Hidrostática Un fluido es simplemente algo que no es sólido y puede fluir. El agua y el petróleo son obviamente fluidos. El gas también es un fluido. Bajo temperatura extrema y/o presión, los fluidos que consideraremos son aquellos normalmente asociados con la industria del petróleo, tales como el petróleo, el gas, el agua, los fluidos de









































































































































































































































































































































































































































































Perforacion Bajo Balance (Fluido Aireado), En El Campo Percheles

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