ES2323899T3 - Dispositivo de separacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para sustituir fluido en una tubería de retorno (8) del tipo utilizado en la producción de petróleo submarina, en el que la tubería de retorno (8) constituye una conexión entre una cabeza de pozo (13) sobre o por encima del lecho marino (3) y una plataforma de perforación flotante (1), caracterizado porque un cuerpo (15) en un primer estado no accionado se lleva a un punto de utilización en la tubería de retorno, se acciona en un estado de estanqueidad activo respecto a la tubería de retorno en la que está concebido para segregar los fluidos, tras lo cual el cuerpo (15) se desplaza de manera mecánica o hidráulica en la dirección longitudinal de la tubería de retorno (8), y se consigue la sustitución de fluido sin mezcla alguna.
Description
Dispositivo de separación.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para impedir la mezcla de fluidos en una tubería de
retorno del tipo utilizado en la producción de petróleo submarina.
La invención comprende asimismo un dispositivo para llevar a cabo el
procedimiento.
En la producción de petróleo submarina, se
utilizan plataformas de perforación flotantes, tal como se muestra
en la figura 1, en la superficie del mar para perforar pozos en el
lecho marino. Se instala una cabeza de pozo sobre el lecho marino y
se conecta de manera estanca a la tubería de revestimiento del pozo
y está provista del conjunto de válvulas (BOP) y dispositivos de
conexión a una tubería de retorno necesarios que conecta la cabeza
de pozo a la plataforma de perforación flotante en la superficie del
mar. La tubería de retorno se utiliza en conexión con el retorno y
circulación de fluidos de perforación del pozo y normalmente está
llena de fluido de perforación en la fase de perforación. La tubería
de retorno está provista además de conductos más pequeños
longitudinales, dispuestos externamente (líneas de estrangulador, de
matar y opcionalmente de reforzador) que están conectados a un
múltiple de válvulas sobre la plataforma de perforación flotante.
Estos conductos se utilizan, entre otros, en conexión con la
sustitución de fluido en la tubería de retorno y para sustituir el
fluido de perforación en el pozo si se eleva la presión del pozo y
es necesario cerrar el conjunto de válvulas (BOP) que está
conectado de manera estanca a la cabeza de pozo por debajo y la
tubería de retorno por encima con el fin de impedir la fuga no
deseada de fluido de perforación.
Durante la perforación se utiliza una sarta de
perforación, insertada en la tubería de retorno y la tubería de
revestimiento tal como se muestra en la figura 2, que puede
consistir en secciones de conducto y que en su extremo inferior
presenta collares de perforación y una barrena de perforación. El
fluido de perforación se bombea sometido a alta presión a través de
la sarta de perforación y proporciona a la barrena de perforación
un efecto hidráulico y a continuación transporta los detritos de
sondeo de vuelta a la plataforma de perforación flotante a través
del anillo entre el pozo de sondeo y la sarta de perforación,
después en el anillo de la sección con tuberías de revestimiento y
después en el anillo entre la tubería de retorno y la sarta de
perforación. Durante la perforación a veces es necesario
desconectar la tubería de retorno de la cabeza de pozo y el conjunto
de válvulas, por ejemplo, debido al mal tiempo o a la reubicación
de la plataforma de perforación flotante. Antes de que la tubería
de retorno se desconecte, el conjunto de válvulas de la cabeza de
pozo (BOP) debe cerrarse y el fluido de perforación que está dentro
de la tubería de retorno debe sustituirse por agua para impedir la
liberación de fluido de perforación al entorno exterior durante la
operación de desconexión.
Cuando se desconecta la tubería de retorno
debido al mal tiempo durante la perforación, la parte de conducto
que está por debajo de la cabeza de pozo normalmente presentará una
longitud que hace que tirar hacia arriba de toda la longitud no
resulta práctico. En tales casos, se tira hacia arriba de la parte
de conducto que está entre la plataforma de perforación flotante en
la superficie del mar y la cabeza de pozo sobre el lecho marino
hacia la plataforma de perforación flotante y presenta una
herramienta de descolgado acoplada a la misma con el fin de bajar
entonces esta herramienta de vuelta a la cabeza de pozo donde se
descuelga y se desconecta de la parte de conducto que está encima
de la cabeza de pozo. Después de esto, normalmente se tira hacia
arriba de la parte de conducto hacia la plataforma de perforación
flotante y la tubería de retorno puede desconectarse una vez que se
ha sustituido el fluido de perforación por agua.
El objetivo de sustituir el fluido de
perforación en la tubería de retorno es conservar el fluido de
perforación para un uso posterior e impedir que escape hacia el
entorno exterior durante la operación de desconexión. Normalmente
se utiliza agua del mar, que se bombea hacia abajo a la cabeza de
pozo mediante un múltiple de válvulas, a través de los conductos
más pequeños ubicados externamente (línea de matar, de estrangulador
y reforzador) y desplaza el fluido de perforación fuera de la
tubería de retorno y de vuelta a los tanques de almacenamiento de
la plataforma de perforación flotante. Supone un problema que el
agua utilizada para desplazar el fluido de perforación se mezcle
con el fluido de perforación y lo contamine. Por tanto, con el fin
de poder utilizarse posteriormente, una parte del fluido de
perforación debe someterse a un proceso de purificación costoso o
debe destruirse.
El documento NO 313712 describe un procedimiento
y un sistema para separar agua y fluido de perforación. Según este
documento, se sujeta un cuerpo de estanqueidad a la parte superior
de la sarta de perforación, por encima de la herramienta de
descolgado, cuando se tira hacia arriba de la sarta de perforación
con el fin de acoplar la herramienta de descolgado. El cuerpo de
estanqueidad, junto con la sarta de perforación a la que está
sujeto, se mueve verticalmente en la tubería de retorno o bien por
el peso de la sarta de perforación o por los malacates de la
plataforma flotante y de ese modo desplaza el fluido que va a
sustituirse. El cuerpo de estanqueidad está previsto para sellarse
contra la pared interior de la tubería de retorno, impedir la mezcla
de fluidos y moverse en la dirección longitudinal de la tubería de
retorno porque está conectado como un elemento fijo de la sarta de
perforación, por encima de la herramienta de descolgado, y desplaza
el fluido que va a sustituirse. Véase también el documento WO
2004/018832 A1.
Existen varios problemas que pueden surgir
cuando se utiliza un procedimiento y dispositivo de este tipo.
Cuando el cuerpo de estanqueidad se mueve hacia abajo en la
dirección longitudinal de la tubería de retorno y el fluido dentro
de la tubería de retorno se desplaza hacia arriba hacia los
conductos más pequeños (conductos de estrangulador y de matar),
surgirán bombeo y presión variable como resultado del balanceo de la
plataforma flotante. Cuando aumenta la velocidad de movimiento, la
presión contra el cuerpo de estanqueidad y los elementos de
estanqueidad elásticos aumentará y estarán sometidos a cargas que
pueden dar como resultado fugas y mezcla de fluidos en la tubería
de retorno. Los conductos más pequeños presentan un diámetro interno
pequeño y requieren una gran cantidad de energía para transportar
fluidos a gran velocidad a través de los conductos. Para este fin
se utilizan las bombas de alta presión de la plataforma de
perforación flotante. Esto dificulta que el cuerpo de estanqueidad,
junto con la sarta de perforación, suministren la suficiente energía
para el desplazamiento del fluido dentro de la tubería de retorno
puesto que no presentan suficiente masa.
El peso de la sarta de perforación normalmente
tampoco es suficiente para proporcionar una presión satisfactoria
desde el cuerpo de estanqueidad y una velocidad de movimiento
satisfactoria en la dirección longitudinal de la tubería de
retorno. El motivo es que los conductos externos más pequeños
presentan un diámetro pequeño y una gran resistencia al flujo.
Además, debe superarse la resistencia al flujo en el múltiple de
estrangulador y de matar. Además, puede suponer un problema que las
paredes interiores de la tubería de retorno no estén preparadas
para sellar la alta presión diferencial a lo largo del cuerpo de
estanqueidad. El izado de la sarta de perforación da como resultado
que se produzcan con el tiempo roturas en la superficie que
dificultan el estanqueidad contra un cuerpo de estanqueidad móvil
con una presión diferencial alta, y un raspado opcional de la pared
del conducto antes del uso del cuerpo de estanqueidad significará
pasar de nuevo la sarta de perforación por la tubería de retorno,
lo que lleva tiempo y es costoso. Cuando la sarta de perforación y
el cuerpo de estanqueidad se izan internamente en la tubería de
retorno de la plataforma de perforación flotante, el fluido que va
a sustituirse sale hacia un lugar adecuado de la plataforma de
perforación flotante y se llena con fluido nuevo a través de los
conductos más pequeños dispuestos exteriormente utilizando las
bombas de lodo de alta presión de la plataforma flotante. A medida
que la sarta de perforación se extrae de la tubería de retorno, las
tuberías de perforación deben desconectarse de la sarta de
perforación. La sarta de perforación se detiene y se descuelga en
enganches en la plataforma de perforación flotante, que soportan el
peso de la sarta de perforación. Las bombas de lodo de alta presión
deben detenerse antes de que la sarta de perforación se descuelgue
de los enganches para impedir que el cuerpo de estanqueidad se mueva
más hacia arriba en la tubería de retorno porque la fuerza de la
presión por debajo del cuerpo de estanqueidad puede superar la masa
de la sarta de perforación. El balanceo vertical de la plataforma de
perforación flotante puede dar el mismo resultado también porque el
cuerpo de estanqueidad se mueve hacia abajo en la tubería de retorno
pero se detiene porque el fluido que está por debajo del cuerpo de
estanqueidad y en los conductos más pequeños ubicados externamente
no puede retornarse lo bastante rápido en relación con la velocidad
de balanceo vertical de la plataforma de perforación flotante. Por
tanto, existen varias desventajas y problemas potenciales con la
técnica anterior tal como se describe en el documento NO 313712.
El objetivo de la presente invención consiste en
superar las desventajas de la técnica anterior tal como se
describió anteriormente. Uno de los objetivos consiste en
proporcionar un procedimiento y un dispositivo que impidan la
mezcla de fluidos en conexión con el vaciado de fluido de
perforación en una tubería de retorno cuando la tubería de retorno
se desconecta de una cabeza de pozo. Otro objetivo consiste en
proporcionar un dispositivo que elimine las desventajas, en el caso
de que haya depósitos internos en la tubería de retorno, de tener
que pasar un raspador en una operación independiente antes de la
inserción de un cuerpo de separación de fluido. Otro objetivo
consiste en proporcionar una solución que utilice mejor los
conductos existentes con el fin de sustituir fluido en una tubería
de retorno. Otro objetivo consiste en proporcionar una solución que
pueda disponerse en el punto de uso y accionarse o recogerse de
nuevo rápidamente sin haberse utilizado.
Los objetivos se consiguen según la invención
mediante las características que se dan a conocer con respecto al
procedimiento y el dispositivo según se dan a conocer en la
descripción siguiente y las reivindicaciones adjuntas.
La invención se refiere a un procedimiento para
sustituir fluido en una tubería de retorno del tipo utilizado en
producción de petróleo en alta mar, en el que la tubería de retorno
constituye una conexión entre una cabeza de pozo sobre o por encima
del lecho marino y una plataforma de perforación flotante tal como
se explicó anteriormente. Según la invención, se baja un cuerpo,
que está concebido para segregar los fluidos, en un primer estado
hasta un punto de uso en la tubería de retorno, en el que se
acciona para ponerlo en un estado de estanqueidad activo contra la
tubería de retorno, tras lo cual el cuerpo se mueve de manera
mecánica o hidráulica en la dirección longitudinal de la tubería de
retorno y se consigue la sustitución de fluido sin mezcla alguna de
los fluidos.
Según una forma de realización preferida de la
invención, el cuerpo en el primer estado desciende hasta el punto
de uso, estando este punto de uso preferentemente en una posición
inmediatamente encima de la cabeza de pozo. En una forma de
realización una posición de este tipo estará por encima de la cabeza
de pozo y la abertura de conductos externos más pequeños entre la
tubería de retorno y la plataforma flotante, por ejemplo, líneas de
matar. El transporte del cuerpo se lleva a cabo de manera adecuada
preferentemente utilizando medios de transporte tales como una
tubería de perforación, un cable de acero, un tubo de producción en
bobina, un cable cerámico, o similares. Según la forma de
realización preferida, el cuerpo se libera de los medios de
transporte en el punto de uso y se acciona para ponerlo en un estado
de estanqueidad activo contra la tubería de retorno, de modo que
actúa como un cuerpo de separación entre fluidos en la tubería de
retorno. El cuerpo puede bajarse hasta el punto de uso sin utilizar
medios de transporte mecánicos, por ejemplo, bombeándolo hacia
abajo hasta el punto de uso. En tal caso, el cuerpo podría estar en
un estado activo cuando se coloca en la tubería de retorno, no
habiendo en ese caso ninguna tubería de perforación, cable de acero
u otros medios dentro de la tubería de retorno.
En una forma de realización preferida, el
cuerpo, cuando desciende hasta el punto de uso en la tubería de
retorno, se dispone en un dispositivo de instalación. En el punto de
uso, el cuerpo se liberará del dispositivo de instalación y se
accionará para ponerlo activamente en el estado de estanqueidad
contra la tubería de retorno. El dispositivo de instalación puede
ser un dispositivo adecuado que se conecta a los medios de
transporte y se libera de los medios de transporte en el punto de
uso antes de que el cuerpo se libere para ponerlo en un estado
activo. No es necesario utilizar medios de transporte para
transportar el dispositivo de instalación. El dispositivo de
instalación puede, junto con el cuerpo, descender hasta el punto de
uso mediante bombeo, tras lo cual el cuerpo se libera para ponerlo
activamente en un estado de estanqueidad contra la tubería de
retorno. El dispositivo de instalación puede conectarse también a
los medios de transporte y acompañarlos cuando se tira hacia arriba
de los medios de transporte desde la tubería de retorno tras
liberarse el cuerpo, o puede formar una pieza de la herramienta de
descolgado y por tanto tirarse hacia arriba de los mismos en primer
lugar junto con la herramienta de descolgado. En un caso como éste,
la liberación de la herramienta de descolgado puede coincidir con
el accionamiento del cuerpo de estanqueidad de manera activa contra
la tubería de retorno. Según un aspecto de la invención, el cuerpo
puede liberarse y accionarse para ponerlo en una función de
estanqueidad contra la tubería de retorno por medio de un
dispositivo de posicionamiento en actuación conjunta con el
dispositivo de instalación.
Según otra forma de realización de la invención,
el cuerpo en el primer estado puede descender a través de una
tubería de perforación hasta el punto de uso en la tubería de
retorno en el que, tras liberarse de la tubería de perforación, se
acciona para ponerlo en un estado de estanqueidad contra la tubería
de retorno. En esta forma de realización, el cuerpo, también en el
primer estado cuando se lleva a través de la tubería de
perforación, se puede apoyar de manera estanca contra el interior de
la tubería de perforación y formar por tanto una barrera entre
fluidos.
En una forma de realización, se acoplan unos
medios de raspado a los medios de transporte y/o al dispositivo de
instalación que, tras la introducción del cuerpo hasta el punto de
uso, realiza una limpieza de la pared de la tubería de retorno. Por
tanto, la tubería de retorno se limpia antes de que el cuerpo, que
en su estado activo está sellándose contra la tubería de retorno,
se lleve por la tubería de retorno mientras presenta una función de
estanqueidad entre dos fluidos en la tubería de retorno.
Según una forma de realización del
procedimiento, el fluido se bombea en la tubería de retorno a través
de uno o más conductos conectados a la tubería de retorno
inmediatamente por encima de la cabeza de pozo, desplazando por
tanto dicho fluido el cuerpo hacia arriba en la dirección
longitudinal de la tubería de retorno.
La invención se refiere asimismo a un
dispositivo para su uso en la separación de fluidos en una tubería
de retorno del tipo utilizado en producción de petróleo en alta
mar, en el que la tubería de retorno constituye una conexión entre
la cabeza de pozo sobre o por encima del lecho marino y una
plataforma de perforación flotante. Según la invención, el
dispositivo comprende un cuerpo que presenta un primer estado en el
que se transporta a un punto de uso en la tubería de retorno y un
segundo estado en el que presenta una función de estanqueidad
contra la tubería de retorno, en la que se apoya de manera estanca
contra la tubería de retorno y separa los fluidos en la tubería de
retorno.
Según una forma de realización preferida de la
invención, el cuerpo en el primer estado se dispone en un
dispositivo de instalación que permite que el fluido fluya a través
del dispositivo de instalación, comprendiendo dispositivos para
liberar el cuerpo en el punto de uso. El dispositivo de instalación
puede construirse con un mecanismo de eyección y/o un mecanismo de
posicionamiento que está configurado de manera adecuada, tal como,
pero sin limitarse a, comprimido de manera hidráulica/mecánica, de
función de resorte, de cilindros, eléctrico, de expansión de gas
etc., con el fin de liberar el cuerpo del dispositivo de
instalación.
Además, el dispositivo de instalación puede
comprender unos medios para la conexión liberable a unos medios de
transporte, por ejemplo, una tubería de perforación, tubo de
producción en bobina, cable de acero, etc. En otra forma de
realización, como alternativa el dispositivo de instalación puede
estar conectado a o formar una pieza de un dispositivo de
descolgado para descolgar una parte inferior de la tubería de
perforación en la cabeza de pozo cuando la parte inferior de la
tubería de perforación se libera de una parte superior de la
tubería de perforación que está en la tubería de retorno.
En una forma de realización, el dispositivo de
instalación puede comprender unos dispositivos de raspado para
raspar la pared interior de la tubería de retorno cuando el
dispositivo de instalación y el cuerpo se llevan hasta el punto de
uso para el cuerpo en la tubería de retorno. Alternativamente, puede
concebirse que el dispositivo de instalación pueda comprender otros
dispositivos para llevar a cabo otras actividades en la tubería de
retorno cuando el cuerpo se lleva a la posición en la que va a
accionarse para ponerlo en un estado de estanqueidad contra la
tubería de retorno.
En una posible forma de realización, el
dispositivo de instalación puede comprender un manguito que presenta
un diámetro exterior más pequeño que un diámetro interior de la
tubería de retorno, en el que en el espacio anular entre la
superficie exterior del manguito y la tubería de retorno pueden
estar previstos unos elementos raspadores que permiten que el
fluido fluya a lo largo del manguito y en el que el cuerpo está
dispuesto de manera liberable dentro del manguito. El dispositivo
de instalación puede construirse con un mecanismo de liberación
para el dispositivo de separación y aberturas para el paso de
fluidos.
Por medio de un procedimiento y dispositivo
según la invención es posible separar fluidos en una tubería de
retorno durante la sustitución de, por ejemplo, lodo de perforación,
sin que se mezclen los fluidos, al tiempo que se eliminan o reducen
los inconvenientes de la técnica anterior.
A continuación se describen ejemplos no
limitativos de una forma de realización ilustrada en los dibujos
adjuntos, en los que los ejemplos de las formas de realización
son:
la figura 1 es una ilustración esquemática de
una plataforma de perforación flotante que está conectada a través
de una tubería de retorno a una cabeza de pozo sobre el lecho
marino;
la figura 2 es una vista en sección esquemática
de una cabeza de pozo en la que una herramienta de descolgado y un
dispositivo según una primera forma de realización están conectados
a una sarta de perforación y están dentro de una tubería de retorno
inmediatamente por encima de la cabeza de pozo;
la figura 3 es una vista en sección esquemática
de la cabeza de pozo de la figura 2, pero en este caso la parte
superior de la sarta de perforación se ha desconectado del cuerpo de
estanqueidad;
la figura 4 es una vista en sección esquemática
de una cabeza de pozo en la que una segunda forma de realización de
la invención que comprende el cuerpo de estanqueidad se ha colocado
encima de la cabeza de pozo y un conjunto de válvulas utilizando un
cable;
la figura 5 es una vista en sección esquemática
de la cabeza de pozo de la figura 2, pero en este caso la parte
superior de la sarta de perforación se ha desconectado de una
tercera forma de realización del cuerpo de estanqueidad que está
montada internamente en el dispositivo de instalación;
la figura 6 es una vista en sección esquemática
de una cabeza de pozo en la que una cuarta forma de realización de
la invención que comprende el cuerpo de estanqueidad instalado
internamente en el dispositivo de instalación que se ha situado
encima de la cabeza de pozo y el conjunto de válvulas utilizando un
cable;
la figura 7 es una vista en sección esquemática
de la cabeza de pozo y una quinta forma de realización de la
invención con la parte superior de la sarta de perforación
desconectada de la herramienta de descolgado que soporta la sección
inferior de la sarta de perforación;
la figura 8 es una vista en sección esquemática
de la cabeza de pozo con la quinta forma de realización de la
invención, en la que se ha tirado hacia arriba o hacia atrás de la
tubería de perforación sobre la conexión para los conductos
ubicados externamente (de matar, estrangulador y reforzador), en la
que el extremo de la tubería de perforación está abierto y en la
que el dispositivo de separación, en un estado curvado, está en
posición dentro de la tubería de perforación con el fin de bombearse
hacia su posición en la tubería de retorno;
la figura 9 es una vista en sección esquemática
de la cabeza de pozo con la quinta forma de realización de la
invención, en la que se ha tirado hacia arriba o hacia atrás de la
tubería de perforación sobre la conexión para los conductos
dispuestos exteriormente (de matar, estrangulador y reforzador), en
la que el extremo de la tubería de perforación está abierto y en la
que el dispositivo de separación se ha bombeado hacia fuera hacia
la tubería de retorno y está sellando internamente contra la pared
interior de la tubería de retorno;
la figura 10 es una vista en sección esquemática
de la cabeza de pozo y la quinta forma de realización de la
invención en la que se ha tirado hacia arriba o hacia atrás de la
tubería de perforación hasta la superficie/piso de perforación y en
la que el dispositivo de separación se bombea hacia arriba a través
de la tubería de retorno y está sellado internamente contra la
pared interior de la tubería de retorno en el extremo superior de la
tubería de retorno;
la figura 11 es una vista en sección esquemática
de la tubería de retorno y el dispositivo de instalación con el
dispositivo de separación montado internamente.
Tal como puede apreciarse a partir de las
figuras en la figura 1, la invención se refiere a la sustitución de
fluido en una tubería de retorno 8 tal como se describe en la
introducción de la solicitud. Tal como puede apreciarse a partir de
la figura 2, cuando la tubería de retorno 8 va a desconectarse de la
cabeza 13 de pozo y el conjunto 12 de válvulas, la sarta de
perforación 21 debe descolgarse en la cabeza de pozo conectando una
herramienta de descolgado 22. En la misma operación, un cuerpo 15 de
estanqueidad, según una primera forma de realización de la
invención, puede conectarse a la sarta de perforación 21'
inmediatamente por encima de la herramienta de descolgado 22. El
cuerpo 15 de estanqueidad, alternativamente con un dispositivo de
instalación 27 según una tercera forma de realización de la
invención tal como se muestra en la figura 5, puede ser una pieza
de la herramienta de descolgado 22. El cuerpo 15 de estanqueidad
presenta una zona de flujo abierto 29, tal como se muestra en la
figura 11, siempre que esté conectado a la sarta de perforación 21',
lo que permite que la herramienta de descolgado 22 de la sarta de
perforación baje rápidamente hasta la cabeza de pozo a través del
fluido que está dentro de la tubería de retorno 8, en el caso
representado en la figura 2 sin el dispositivo de instalación 27.
Otra variante según la tercera forma de realización de la invención
tal como se muestra en la figura 5 es que cuando se conecta a la
herramienta de instalación 27, la zona de flujo 25, tal como se
muestra en la figura 11 entre la pared interior de la tubería de
retorno y la pared exterior del dispositivo de instalación 27,
proporcionará una zona de flujo abierto necesaria para la
instalación de y el paso para el fluido de perforación para una
instalación rápida de la herramienta.
Se desconecta la parte de la sarta de
perforación 21' que está por encima de la herramienta de descolgado
22. Al mismo tiempo o después de esto, el cuerpo 15 de estanqueidad
también se desconecta de la parte superior de la sarta de
perforación 21' y la zona de flujo abierto 29 se cierra, por
ejemplo, porque las válvulas que se mantienen abiertas por la
conexión con la sarta de perforación se cierran cuando se libera la
sarta de perforación, tal como se muestra en la figura 3.
En la tercera forma de realización tal como se
muestra en la figura 5, el cuerpo 15 se dispone en un primer estado
conectado junto con el dispositivo de instalación 27. Para la
liberación del cuerpo 15, puede haber, por ejemplo, pero sin
limitarse a, una bola o dardo, etc. que se coloca dentro, para
bombear, o se deja caer internamente a través de la sarta de
perforación 21' y hasta el dispositivo de instalación 27, en el que
la bola, cuando encuentre constricciones internas, presentará un
dispositivo de posicionamiento 28 que conlleva que la configuración
del dispositivo de instalación 27 con orificios y canales 24, tal
como se muestra en la figura 11, y el bombeo de fluido a través de
la tubería de perforación 21' aplicará presión al dispositivo de
instalación 27 y el cuerpo 15 se liberará/será bombeado hacia fuera
del dispositivo de instalación 27, en el que juntas 31 herméticas
del cuerpo 15, tal como se muestra en la figura 11, se
extenderán/expandirán para sellar contra la pared interior de la
tubería de retorno 8 y formar una partición de fluido, obteniendo
de ese modo un segundo estado del cuerpo 15.
Según la forma de realización representada en la
figura 3, la plataforma de perforación flotante puede entonces
accionar las bombas de alta presión y comenzar a bombear agua hacia
abajo a través de los conductos longitudinales ubicados
externamente (línea 9 de matar, 10 estrangulador y 11 reforzador) al
tiempo que la parte superior de la sarta de perforación 21' se iza
sobre la plataforma 1 de perforación flotante a una velocidad
deseada.
Según la tercera forma de realización
representada en la figura 5, el dispositivo de instalación 27 se
izará con la sarta de perforación 21' a una velocidad deseada.
El elemento de estanqueidad 15 según la primera
forma de realización representada en la figura 3 puede desconectarse
de la sarta de perforación 21 y 21' en la cabeza 13 de pozo, al
tiempo que un conjunto de elementos de estanqueidad forma la junta
contra la pared interna de conducto de la tubería de retorno 8 y un
mecanismo accionable cierra la zona de flujo abierto en el cuerpo
15 de estanqueidad. Otra variante es que el dispositivo de
separación 15 según la tercera forma de realización representada en
la figura 5 está montado internamente en el dispositivo de
instalación 27, por ejemplo, por medio de los elementos de
estanqueidad/juntas 31 herméticas ubicados externamente sobre el
dispositivo de separación, y cuando el dispositivo de instalación 27
está en posición encima de la cabeza 13 de pozo, se libera el
dispositivo de separación 15 y, de manera apropiada, el conjunto de
elementos de estanqueidad 31 que forma la junta contra la pared
interior del dispositivo de instalación 27 se liberará y sellará
contra la pared interior de la tubería de retorno 8. Una junta
contra la superficie exterior del conducto 21' permite al cuerpo 15
moverse de manera hidráulica hacia arriba en la dirección
longitudinal de la tubería de retorno 8, a lo largo de la dirección
longitudinal del conducto 21' independientemente de si el
dispositivo de separación 15 está montado internamente en el
dispositivo de instalación 27, al tiempo que puede ayudar a
corregir y mantener la posición dentro del dispositivo de
instalación 27 y sellarse en el anillo 26.
Según una segunda forma de realización ilustrada
en la figura 4, el cuerpo 15 de estanqueidad (dispositivo de
separación) puede ser también, aunque no se limita a, un elemento
que puede transportarse hasta la cabeza 13 de pozo hacia abajo en
la dirección longitudinal de la tubería de retorno 8 por medio de
otros medios de transporte apropiados, de manera conveniente, por
ejemplo, una disposición de cable 23 (cable de acero) y una polea
24 y grúa 25, hacia abajo hacia la cabeza 13 de pozo desde la base
16 de perforación, pero que se mueve hacia arriba en la dirección
longitudinal de la tubería de retorno 8 mediante bombeo hacia abajo
a través de los conductos más pequeños ubicados externamente 9, 10
y 11. El elemento de estanqueidad 15 por tanto puede desconectarse
del cable 23 utilizando un procedimiento adecuado. Un conjunto de
elementos de estanqueidad 31 forma la junta contra la pared interna
de conducto de la tubería de retorno 8 y un mecanismo accionable
cierra la zona de flujo abierto 29 en el cuerpo 15 de estanqueidad.
En una cuarta forma de realización de la invención tal como se
muestra en la figura 6, el cuerpo 15 se transporta hacia abajo hasta
la cabeza 13 de pozo al tiempo que se monta internamente en un
dispositivo de instalación 27 y se libera de manera adecuada
utilizando un dispositivo de posicionamiento 28 tal como, pero sin
limitarse a, de liberación por resorte controlada a distancia,
eléctrico, de expansión de gas, de material de oxidación, de
mecanismo de eyección operado de manera mecánica y/o hidráulica,
etc. sobre el cual se iza el dispositivo de instalación 27 hasta la
cubierta de perforación utilizando el cable 23 (cable de acero).
El cuerpo 15 de estanqueidad (dispositivo de
separación) puede ser también, pero sin limitarse a, un elemento
que puede transportarse hasta la cabeza 13 de pozo hacia abajo en la
dirección longitudinal de la tubería de retorno 8 por medio de su
propia masa y densidad que es mayor que la densidad del lodo de
perforación, no representado en la figura. El accionamiento de
funciones necesarias del cuerpo 15 de estanqueidad puede efectuarse
utilizando transmisión magnética de baja frecuencia u otro
procedimiento adecuado. El cuerpo 15 de estanqueidad se mueve
entonces hacia arriba en la dirección longitudinal de la tubería de
retorno 8 por medio de bombeo hacia abajo a través de los conductos
más pequeños ubicados externamente 9, 10 y 11. Un conjunto de
elementos de estanqueidad forma la junta contra la pared interior de
conducto de la tubería de retorno 8 y un mecanismo accionable
cierra la zona de flujo abierto 29 que está dentro del cuerpo 15 de
estanqueidad. En este caso también, puede concebirse que el
cuerpo/dispositivo de separación 15 esté montado en el dispositivo
de instalación 27, presentando el dispositivo de instalación 27 un
dispositivo interno de posicionamiento 28 adecuado para el
dispositivo de separación 15. Un procedimiento conveniente en este
sentido puede ser, aunque sin limitarse a, por ejemplo, de
liberación por resorte controlada a distancia, eléctrico, de
material de oxidación, de mecanismo de eyección operado de manera
mecánica y/o hidráulica, etc.
Según el procedimiento existente, el fluido de
perforación dentro de la tubería de retorno 8 se desplaza entonces
mediante agua, y fluye de vuelta a los tanques de fluido en la
plataforma 1 de perforación flotante a través del múltiple de
fluido, pero sin que el fluido de perforación se contamine
significativamente con el agua. La posición vertical del cuerpo 15
de estanqueidad en la tubería de retorno puede identificarse
registrando el volumen bombeado o por medio de transmisión
magnética de baja frecuencia u otro procedimiento apropiado.
Cuando el cuerpo 15 de estanqueidad (dispositivo
de separación) ha desplazado el fluido de perforación en la tubería
de retorno 8, permanece en posición en la parte superior de la
columna de agua en la tubería de retorno. El cuerpo 15 de
estanqueidad puede recogerse hasta el piso de perforación mediante
un dispositivo de elevación sobre el piso de perforación y una
herramienta asociada que se ajusta en un punto de acoplamiento
sobre el cuerpo de estanqueidad.
La tubería de retorno puede desconectarse ahora
de la cabeza 13 de pozo y el conjunto 12 de válvulas.
Cuando la plataforma 1 de perforación flotante
se conecta de nuevo a la cabeza 13 de pozo y el conjunto 12 de
válvulas, el cuerpo 15 de estanqueidad puede bajarse hasta la cabeza
de pozo utilizando una de las formas de realización mencionadas y
descritas anteriormente, por ejemplo, por medio de una sarta de
perforación o cable y con o sin un dispositivo de instalación, y
desconectarse. Si se utiliza una sarta de perforación, la parte
superior 21' de la sarta de perforación se izará sobre la plataforma
de perforación flotante. Las bombas de alta presión se accionan y
empiezan a bombear hacia abajo fluido de perforación por los
conductos más pequeños ubicados externamente (línea 9 de
estrangulador, 10 de matar y 11 reforzador) de la tubería de
retorno de modo que se desplaza el agua que está dentro de la
tubería de retorno 8 por encima del cuerpo 15 de estanqueidad y
puede recogerse en los tanques internos de la plataforma de
perforación flotante para su tratamiento posterior o descarga en
tierra.
Cuando se ha sustituido el agua dentro de la
tubería de retorno 8 por fluido de perforación, puede bajarse la
parte superior 21' de la sarta de perforación con la parte superior
de la herramienta de descolgado 22 y conectarse a la pieza inferior
de la sarta de perforación 21 que se ha descolgado sobre la cabeza
13 de pozo. La sarta de perforación 21 y 21' se iza entonces y la
herramienta de descolgado 22 se desconecta sobre la plataforma 1 de
perforación flotante antes de que la perforación pueda
continuar.
El procedimiento según la invención reduce
sustancialmente la necesidad de purificación y destrucción del
fluido de perforación contaminado porque el volumen de fluido de
perforación contaminado se reduce significativamente. El uso del
procedimiento dará como resultado por tanto beneficios económicos y
medioambientales considerables.
El dispositivo de instalación 27, según se
indica en la figura 11, puede construirse por ejemplo tal como se
describe posteriormente aunque no se limita a esa construcción.
El dispositivo de instalación 27 puede presentar
diversos fines además de actuar como unidad de instalación para el
dispositivo de separación 15. El dispositivo de instalación 27 puede
conectarse a una sección que está adaptada para actuar como un
elemento de inserción 32 en la sarta de perforación 21 y no sella
internamente contra la pared interior de la tubería de retorno 8,
sino que puede funcionar también estando equipado con elementos de
estanqueidad tal como un elemento de relleno entre el dispositivo de
instalación 27 y el elemento de inserción en la sarta de
perforación 21, o en una forma de realización tal como un elemento
estándar de la sarta de perforación 21. Un elemento de inserción en
este contexto hace referencia de manera no limitativa a un elemento
que puede ser tanto un elemento acoplado como uno conectado en una
sarta de perforación 21 que está concebido para transportar y/o
posicionar el dispositivo de instalación. Una forma de realización
puede ser que el dispositivo de instalación 27 esté conectado a un
elemento de inserción 32 en la sarta de perforación 21 que presenta
una configuración interna tal como, aunque sin limitarse a, uno de
los siguientes: cavidad interna, constricción interna en el
diámetro interno del dispositivo de instalación 27 y la sección de
instalación (elemento de inserción), una pluralidad de orificios
pasantes en la pared 24 del elemento de inserción, un mecanismo de
cierre de cavidad interna, transiciones a la conexión a la tubería
de perforación 21 en la parte superior y la inferior. Además, el
elemento de inserción 32 puede configurarse, aunque sin limitarse a,
con variaciones de diámetro en el diámetro exterior por encima, en
o por debajo de la posición del cuerpo 15 de estanqueidad
(dispositivo de separación).
El dispositivo de instalación 27 puede, en un
ejemplo, conformarse como una superestructura para el cuerpo 15 de
estanqueidad (dispositivo de separación) con el fin de no sellarse
contra las paredes interiores de la tubería de retorno 8. La
configuración interna del dispositivo de instalación 27 puede estar
equipada y configurada de diferentes modos con el fin de que cuando
el dispositivo de instalación 27 para el cuerpo 15 de estanqueidad
esté en la posición deseada para la instalación en la tubería de
retorno 8 encima de la cabeza 13 de pozo, presente una función y un
modo de funcionamiento como, por ejemplo, un dispositivo de
posicionamiento 28 que accione el cuerpo 15 de estanqueidad y
posicione el cuerpo 15 de estanqueidad en la posición correcta en
la tubería de retorno 8.
Una forma de realización puede ser que el
dispositivo de instalación 27 esté concebido con un dispositivo de
posicionamiento 28 interno que puede sellarse contra la pared
interior del dispositivo de instalación 27, que tenga como función
liberar el cuerpo 15 de estanqueidad en la tubería de retorno 8 por
accionamiento interno mediante, por ejemplo, una función de
resorte, cilindros, material de oxidación (expansión de gas),
eléctricamente, mecanismo de eyección operado de manera mecánica o
hidráulica, etc. El mecanismo de eyección/dispositivo de
posicionamiento 28 tiene como objeto y está concebido para sacar el
cuerpo 15 de estanqueidad del dispositivo de instalación 27 de modo
que los elementos de estanqueidad 31 del cuerpo 15 de estanqueidad
se liberen y formen contacto de estanqueidad entre el cuerpo 15 de
estanqueidad y la pared interior de la tubería de retorno 8 en la
posición correcta encima de la cabeza 13 de pozo.
El dispositivo de instalación 27 puede estar
configurado de modo que pueda instalarse e introducirse en la
tubería de retorno 8 utilizando diferentes herramientas de
instalación tales como, aunque sin limitarse a, una tubería de
perforación, tubo de producción en bobina, cable de acero, cable
compuesto, dejándolo caer desde el piso de perforación u otros
medios. Otros objetivos y funciones del dispositivo de instalación
27 pueden ser, aunque no se limitan a, protección para los
elementos de estanqueidad 31 (juntas herméticas) del cuerpo de
estanqueidad e implementación durante la instalación en la tubería
de retorno 8, relleno y preservación durante el almacenamiento
antes y opcionalmente después del uso, protección de manipulación
fuera de la tubería de retorno, etc. Además, el dispositivo de
instalación 27 puede ahorrar tiempo y dinero dado que el dispositivo
de instalación 27 con el cuerpo 15 de estanqueidad puede bajarse
hacia la posición encima de la cabeza 13 de pozo cuando podrían
acumularse situaciones, tales como empeoramiento de las condiciones
climatológicas y de la altura de las olas, lo que a su vez
significa que debe realizarse la preparación para la desconexión de
la cabeza 13 de pozo. En una situación de este tipo, la sarta de
perforación 21 puede descolgarse y el dispositivo de instalación 27
con el cuerpo 15 de estanqueidad ponerse en posición encima de la
cabeza 13 de pozo preparada para su utilización y sustitución de
fluido de perforación dentro de la tubería de retorno 8. Si la
situación cambiara de nuevo a mejor y se considerara innecesaria la
sustitución de fluido de perforación, puede sacarse todo el
dispositivo de instalación 27 con el cuerpo 15 de estanqueidad de la
tubería de retorno 8 sin haberse accionado y por tanto se habrá
obtenido un ahorro considerable tanto en tiempo como en dinero.
Una quinta forma de realización de la invención
está representada en las figuras 7-10. Los
principios son los mismos que en las formas de realización
anteriores y sólo se describirá la diferencia. Cuando la herramienta
de descolgado 22 se ha descolgado en la cabeza 13 de pozo y se ha
desconectado, la sección 21' de conducto, donde sección 21' de
conducto significa, aunque no se limita a, una tubería de
perforación, tubo de producción en bobina u otros elementos que
presentan una cavidad abierta interna, estarán dentro de la tubería
de retorno 8 en un estado en el que la sección 21' de conducto
presenta un extremo abierto encima de la cabeza 13 de pozo tal como
se muestra en la figura 7. En esta posición, un elemento/dispositivo
de separación 15 puede colocarse dentro de la sección 21' de
conducto, que presenta un carácter y configuración de modo que puede
desplazarse internamente o moverse dentro de la sección 21' de
conducto desde el piso de perforación hacia abajo hacia el extremo
abierto encima de la cabeza 13 de pozo tal como se muestra en la
figura 8. Este movimiento interno puede efectuarse por
bombeo/desplazamiento del dispositivo de separación 15 a través de
la sección 21' de conducto. Cuando el cuerpo 15 o el dispositivo de
separación se bombea fuera del extremo abierto de la sección 21' de
conducto encima de la cabeza 13 de pozo, se expandirá para sellarse
internamente contra las paredes interiores de la tubería de retorno
8, y el dispositivo de separación presentará una configuración que
le permita formar un separador de fluido entre agua y fluido de
perforación, tal como se muestra en la figura 9. El carácter y
configuración del dispositivo de separación 15 puede, por ejemplo,
configurarse aunque sin limitarse a, presentando una consistencia
homogénea que a la vez presenta la capacidad de soportar la
compresión para poder moverse internamente en una pieza con, por
ejemplo, la sección 21' de conducto al tiempo que presenta la
capacidad de expandirse cuando el elemento se libera en la tubería
de retorno 8 con el fin de sellarse internamente contra las paredes
interiores de la tubería de retorno.
La configuración puede, por ejemplo, ser como un
cuerpo homogéneo de alta expansión (esponja), dardo (material
elástico de alta expansión), o como un material elástico con una
cavidad interna que puede expandirse utilizando, por ejemplo, la
liberación de materiales de oxidación (expansión de gas), elementos
metálicos polarizados o no polarizados o una combinación de los
mismos, fluidos o masas que se expanden o no se expanden
internamente o una combinación de los mismos. El dispositivo
separador 15 puede presentar mecanismos de liberación para el medio
de expansión que pueden controlarse/accionarse, por ejemplo, por
medio de liberación electrónica, mecánica o hidráulica o una
combinación de las mismas.
El procedimiento y dispositivo según la
invención reduce significativamente la necesidad de purificación y
destrucción de fluido de perforación contaminado. El uso del
procedimiento dará como resultado por tanto considerables
beneficios económicos y medioambientales.
Además, el dispositivo de separación según la
invención puede ahorrar tiempo y dinero dado que el dispositivo de
separación puede bajarse a la posición encima de la cabeza de pozo
cuando podrían acumularse situaciones, tales como empeoramiento de
las condiciones climatológicas y de la altura de las olas, lo que a
su vez significa que deben realizarse las preparaciones para la
desconexión de la cabeza de pozo. En una situación de este tipo, la
sección de conducto puede descolgarse y el dispositivo de separación
ponerse en posición encima de la cabeza de pozo preparada para su
utilización y sustitución de fluido de perforación dentro de la
tubería de retorno. Si la situación mejorara y se considerara
innecesaria la sustitución de fluido de perforación, puede sacarse
todo el dispositivo de separación de la tubería de retorno sin tener
que accionarse, o bombearse hacia arriba a través de la tubería de
retorno después de haberse accionado, y por tanto se habrá obtenido
un ahorro considerable en tiempo y dinero. Entonces puede retirarse
de la sección de conducto sobre el piso de perforación sin haberse
utilizado.
La invención se ha explicado haciendo referencia
a las diferentes formas de realización a título de ejemplo. Sin
embargo, pueden introducirse varias variantes y modificaciones en
relación con la descripción que resultarán evidentes para el
experto en la materia sin apartarse del alcance de la invención tal
como se define en las reivindicaciones siguientes. El cuerpo de
estanqueidad (dispositivo de separación) puede, por ejemplo,
desplazarse en la dirección longitudinal de la tubería de retorno
utilizando otros procedimientos apropiados tales como operación
mecánica y puede presentar unos dispositivos apropiados para el
posicionamiento del cuerpo en relación con la cabeza de
pozo.
pozo.
Pueden utilizarse también el cuerpo de
estanqueidad (dispositivo de separación) e incluyendo opcionalmente
el dispositivo de instalación para segregar fluidos sin utilizar la
herramienta de descolgado. El cuerpo de estanqueidad (dispositivo
de separación) es un conjunto de piezas que presentan per se
componentes ampliamente conocidos.
Claims (15)
1. Procedimiento para sustituir fluido en una
tubería de retorno (8) del tipo utilizado en la producción de
petróleo submarina, en el que la tubería de retorno (8) constituye
una conexión entre una cabeza de pozo (13) sobre o por encima del
lecho marino (3) y una plataforma de perforación flotante (1),
caracterizado porque un cuerpo (15) en un primer estado no
accionado se lleva a un punto de utilización en la tubería de
retorno, se acciona en un estado de estanqueidad activo respecto a
la tubería de retorno en la que está concebido para segregar los
fluidos, tras lo cual el cuerpo (15) se desplaza de manera mecánica
o hidráulica en la dirección longitudinal de la tubería de retorno
(8), y se consigue la sustitución de fluido sin mezcla alguna.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el cuerpo (15) en el primer estado
desciende hasta el punto de utilización, preferentemente
inmediatamente por encima de la cabeza de pozo (13), de manera
adecuada, preferentemente con la ayuda de unos medios de transporte
tales como una tubería de perforación (21, 21'), cable de acero,
tubo de producción en bobina, cable cerámico o similares, tras lo
cual se libera de los medios de transporte y se acciona en un
estado de estanqueidad activo contra la tubería de retorno.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el cuerpo (15), cuando se lleva hasta el
punto de utilización en la tubería de retorno, se dispone en un
dispositivo de instalación (27), tras lo cual el cuerpo (15) se
libera del dispositivo de instalación (27) y en el estado de
estanqueidad activo contra la tubería de retorno.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el cuerpo (15) se libera y se acciona en
una función de estanqueidad contra la tubería de retorno por medio
de un dispositivo de posicionamiento (28) en cooperación con el
dispositivo de instalación (27).
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el cuerpo (15) en el primer estado se
hace descender a través de una tubería de perforación hasta el
punto de utilización en la tubería de retorno en el que, tras la
liberación de la tubería de perforación, es accionado en un estado
de estanqueidad contra la tubería de retorno.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el cuerpo (15), en el primer estado
cuando se hace pasar a través de la tubería de perforación, se
apoya de manera estanca contra el interior de la tubería de
perforación y forma una barrera entre los fluidos.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque unos medios de
raspado (30) están acoplados a los medios de transporte y/o al
dispositivo de instalación que, cuando se inserta el cuerpo (15) en
el punto de utilización, realiza una limpieza de la pared de la
tubería de retorno.
8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
2, caracterizado porque el fluido que desplaza el cuerpo (15)
hacia arriba en la dirección longitudinal de la tubería de retorno
(8) se bombea a través de uno o más conductos (9, 10, 11)
conectados a la tubería de retorno inmediatamente por encima de la
cabeza de pozo.
9. Dispositivo para su utilización para la
separación de fluidos en una tubería de retorno (8) del tipo
utilizado en la producción de petróleo submarina, en el que la
tubería de retorno (8) constituye una conexión entre una cabeza de
pozo (13) sobre o por encima del lecho marino (3) y una plataforma
de perforación flotante (1), caracterizado porque el
dispositivo comprende un cuerpo (15) que comprende unos medios de
manera que presenta un primer estado no accionado en el que se
transporta hasta el punto de utilización en la tubería de retorno y
un estado accionado de estanqueidad respecto a la tubería de
retorno, en el que está apoyado de manera estanca contra la tubería
de retorno y separa los fluidos en la tubería de retorno.
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque el cuerpo (15) en un primer estado está
dispuesto en un dispositivo de instalación (27) que permite que el
fluido fluya (33) a través del dispositivo de instalación (27), que
comprende unos medios para liberar el cuerpo (15) en el punto de
utilización.
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque el dispositivo de instalación (27) está
construido con un mecanismo de eyección y/o mecanismo de
posicionamiento (28) para el dispositivo de separación (15) que
está configurado de una manera adecuada tal como comprimido de
manera hidráulica/mecánica, de función de resorte, de cilindros,
eléctrico, de expansión de gas, etc.
12. Dispositivo según la reivindicación 9 ó 10,
caracterizado porque el cuerpo (15) o el dispositivo de
instalación (27) comprende unos medios para la conexión liberable a
unos medios de transporte, por ejemplo, una tubería de perforación,
tubo de producción en bobina, cable de acero, etc.
13. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque el dispositivo de instalación (27)
comprende unos dispositivos de raspado (30) para raspar la pared
interior de la tubería de retorno cuando el dispositivo de
instalación (27) y el cuerpo (15) se llevan hasta el punto de
utilización para el cuerpo (15) en la tubería de retorno.
14. Dispositivo según la reivindicación 10 u 11,
caracterizado porque el dispositivo de instalación (27)
comprende un manguito que presenta un diámetro exterior más pequeño
que un diámetro interior de la tubería de retorno, en el que en el
espacio entre la superficie exterior del manguito y la tubería de
retorno están previstos unos elementos raspadores (30) que permiten
que el fluido fluya (25) a lo largo del manguito y en el que el
cuerpo (15) está dispuesto de manera liberable dentro del
manguito.
15. Dispositivo según una o más de las
reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque el cuerpo (15)
está conectado a y puede desconectarse de, y/o forma una parte de
una herramienta de descolgado (27) para descolgar una parte inferior
de la tubería de retorno.
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