ES2353841T3 - Instalación de perforación y procedimiento de perforación. - Google Patents

Instalación de perforación y procedimiento de perforación. Download PDF

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ES2353841T3 ES08011278T ES08011278T ES2353841T3 ES 2353841 T3 ES2353841 T3 ES 2353841T3 ES 08011278 T ES08011278 T ES 08011278T ES 08011278 T ES08011278 T ES 08011278T ES 2353841 T3 ES2353841 T3 ES 2353841T3
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Abstract

- Instalación de perforación con - un mástil (23), - un carro de perforación (50), que está guiado de forma desplazable a lo largo del mástil (23), y - una unidad de accionamiento para el desplazamiento del carro (50) en el mástil (23), caracterizada - porque la unidad de accionamiento presenta tanto un accionamiento de cilindro hidráulico (40) como también un accionamiento de torno de cable (30), - porque el carro de perforación (50) se puede acoplar con el accionamiento de cilindro hidráulico (40) y con el accionamiento de torno de cable (30) y - porque el carro de perforación (50) se puede accionar en función en función de una velocidad de avance deseada y de fuerzas de tracción necesarias o bien a través del accionamiento de torno de cable (30) o a través del accionamiento de cilindro hidráulico (40).

Description

La invención se refiere a una instalación de perforación con un mástil, un carro de perforación, que está guiado de forma desplazable a lo largo del mástil, y con una unidad de accionamiento para el desplazamiento del carro de perforación en el mástil, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente. 5
La invención se refiere, además, a un procedimiento de perforación para la creación de un taladro, en el que una primera varilla y una segunda varilla son desplazadas con un carro de perforación, que es guiado en un mástil, y en particular es introducido en el suelo.
En tales instalaciones de perforación, que se emplean especialmente parta la perforación profunda, existen, en general, dos tipos de funcionamiento principales. Estos tipos son, por una parte, la 10 perforación y, por otra parte, el revestimiento del taladro con tubos de forro. El primer tipo de funcionamiento principal, que requiere la mayor parte de los tiempos de funcionamiento, sirve para la retirada o extracción de los segmentos de la varilla de perforación. La sustitución de segmentos de la varilla debe realizarse aquí rápidamente, puesto que en este tiempo se interrumpe el aclarado del taladro. En este caso, existe el peligro de que se atasque la cabeza de perforación. 15
Después de alcanzar una cierta profundidad de perforación, el taladro debe revestirse con tubos de forro y deben recubrirse de hormigón en el exterior hacia el terreno, para estabilizar el taladro y prevenir una contaminación de las diferentes capas de tierra, por ejemplo en el caso de perforación de gas o petróleo. A tal fin, se instalar segmentos de varilla más largos, se conectan entre sí y a continuación se recubren de hormigón desde el exterior. A tal fin se requieren grandes fuerzas de 20 tracción para el sistema de avance.
Se conoce a partir del documento EP 0 114 146 A una instalación de perforación, en la que un mástil telescópico se puede desplazar con un cilindro hidráulico.
El documento EP 1 580 398 A1 se considera como el estado más próximo de la técnica frente al objeto de la reivindicación 1 y describe un procedimiento y un dispositivo para las construcciones 25 subterráneas, en los que se baja la herramienta y se conduce por medio de una varilla telescópica, que presenta una varilla exterior, en la que está alojada de forma desplazable al menos una varilla interior. El dispositivo presenta un mástil, en el que está guiado un elemento de carro de forma desplazable. El movimiento de desplazamiento es generado a través de un cable de carro por medio de un accionamiento de torno. 30
Un dispositivo de perforación con una estructura de mástil y un carro desplazable en ella, que es accionado por medio de una instalación de cilindro hidráulico, se deduce a partir del documento WO 2006/110040 A1.
El documento EP 0 548 900 A2 publica una máquina taladradora con una torre de perforación, que está dispuesta de forma desplazable en un carro de transporte. La torre de perforación está 35 constituida de forma telescópica, de manera que está previsto un cilindro hidráulico para la extensión de la torre de perforación.
Se conoce a partir del documento US 4.671.365 un módulo de perforación de la tierra, en el que una instalación de cilindro elevador individual en un mástil tanto mueve una cabeza de perforación a lo largo del mástil como también extiende la zona superior del mástil. 40
El documento DE 101 13 561 A1 publica un dispositivo de martinete y/o de perforación con una columna de martinete, un carro alojado de forma desplazable en la columna de martinete, en el que se puede fijar una herramienta de trabajo, así como con un dispositivo de avance para el desplazamiento del carro. El dispositivo de avance presente un cableado conectado con el carro, con el que se puede desplazar el carro en direcciones opuestas a lo largo de la columna de martinete. 45
La invención tiene el cometido de indicar una instalación de perforación y un procedimiento de perforación, con los que es posible un trabajo eficiente en los diferentes tipos de funcionamiento principal.
De acuerdo con la invención, el cometido se soluciona, por una parte, por medio de una instalación de perforación con las características de la reivindicación 1 y, por otra parte con un procedimiento de 50 perforación con las características de la reivindicación 8. Las variantes preferidas se indican en las reivindicaciones dependientes respectivas.
La instalación de perforación de acuerdo con la invención se caracteriza porque la unidad de accionamiento presenta tanto un accionamiento de cilindro hidráulico como también un accionamiento de torno de cable y porque el carro de perforación se puede acoplar con el accionamiento de cilindro 55 hidráulico y con el accionamiento de torno de cable.
Con los dos accionamientos diferentes se pueden tener en cuenta de una manera eficiente los diferentes tipos de funcionamiento. El accionamiento de cilindro hidráulico permite velocidades rápidas de avance y de desplazamiento, como es ventajoso especialmente durante la retirada o extracción de los segmentos de las varillas de perforación. En cambio, el accionamiento de torno de cable se puede 60 emplear de forma efectiva durante el revestimiento del taladro, por ejemplo a través de la inserción de los tubos de forro. Para estos trabajos se necesita un sistema de avance con fuerzas de tracción grandes. Esto se puede conseguir de una manera económica y compacta por medio de un accionamiento de torno de cable, a través del cual especialmente a través de una inserción múltiple del cable de tracción de acuerdo con el principio de un aparejo se preparan altas fuerzas de tracción a velocidades de avance reducidas. 5
En principio, el carro de perforación puede estar conectado durante ambos tipos de funcionamiento tanto con el accionamiento de cilindro hidráulico como también con el accionamiento de torno de cable. No obstante, de acuerdo con la invención, es especialmente conveniente que esté prevista una instalación de acoplamiento, con la que se puede conectar el carro de perforación de forma alterna con el accionamiento de cilindro hidráulico y con el accionamiento de torno de cable. La instalación de 10 acoplamiento puede ser accionada en este caso con la mano, por ejemplo por medio de bulones de retención insertables o de forma automática, por ejemplo a través de cilindros hidráulicos correspondientes, que activan un mecanismo de cerrojo en el carro de perforación.
De acuerdo con la invención es especialmente preferido que el mástil presente un elemento de base del mástil y al menos un elemento telescópico del mástil, que está guiado de forma telescópica en el 15 elemento de base del mástil, y que para el desplazamiento del al menos un elemento telescópico del mástil el accionamiento de cilindro hidráulico se pueda acoplar con aquél. De esta manera, el accionamiento de cilindro hidráulico no sólo se puede emplear para el desplazamiento del carro de perforación, sino también para un movimiento telescópico del mástil. Una posibilidad de movimiento telescópico del mástil es especialmente conveniente durante el montaje de la instalación de 20 perforación, de manera que el mástil es articulado desde una posición de transporte esencialmente horizontal a la posición de funcionamiento esencialmente vertical. Cuanto más pequeño es el mástil en este proceso, más reducidas son las fuerzas de instalación necesarias. Además, es conveniente una extensión del mástil, cuando después de la perforación se utilizan tubos de forro con segmentos de varillas para el revestimiento del taladro, cuya longitud es mayor que la longitud de los segmentos de 25 la varilla de perforación.
Se consigue una alta flexibilidad con respecto al recorrido de desplazamiento del carro de perforación, de acuerdo con la invención porque el carro de perforación presenta una primera guía para la conducción a lo largo del elemento de base del mástil y al menos otra guía para la conducción a lo largo de al menos un elemento telescópico del mástil. Condicionado por la posibilidad telescópica, 30 el elemento telescópico del mástil presenta otra forma, en general más pequeña que el elemento de base del mástil. Para garantizar en este caso una buena conducción del carro de perforación, el elemento de base del mástil presenta otra primera guía distinta a la segunda guía en el elemento telescópico del mástil. Éstas pueden ser especialmente carriles de guía o ranuras de guía. En el carro de perforación están previstos patines de deslizamiento o zapatas de guía para las dos guías, de 35 manera que el carro de perforación es desplazable en un mástil extendido sin transición desde el elemento de base del mástil hacia el elemento telescópico del mástil. De acuerdo con el número de los elementos telescópicos del mástil pueden estar previstas también más de dos guías.
Además de acuerdo con la invención, el accionamiento de torno de cable presenta un torno de cable, que está dispuesto en el lecho de la instalación de perforación, y un cable, que está guiado sobre una 40 disposición de rodillos en la cabeza del mástil. Con esta disposición se pueden ejercer a través de la cabeza del mástil fuerzas de tracción altas sobre el carro de perforación. Esto se aplica especialmente cuando la disposición de rodillos proporciona una transmisión de fuerza adicional de acuerdo con el principio de un aparejo. La disposición del torno de cable en el lecho de la instalación de perforación permite una construcción estable y una introducción directa de la fuerza en el lecho estable de la 45 instalación.
En este caso, es especialmente preferido que el accionamiento de cable se pueda conectar con el mástil para la articulación del mástil en o desde la vertical. De esta manera se puede utilizar el accionamiento de torno de cable también para la colocación del mástil desde la posición de transporte esencialmente horizontal a la posición de funcionamiento vertical. A tal fin, se puede soltar el cable 50 desde el carro de perforación y se puede colocar en un punto de fijación previsto en la disposición de tirante trasero del mástil.
De acuerdo con la invención, se apoya una construcción estable porque el accionamiento de cilindro hidráulico presenta al menos un cilindro hidráulico, que está dispuesto en la base del mástil. Además de este punto de articulación en la base del mástil, el cilindro hidráulico presenta otro punto de 55 articulación, que está colocado de forma desprendible en el carro de perforación. Para la posibilidad telescópica del elemento telescópico del mástil se puede acoplar de esta manera el punto de fijación desprendible del cilindro hidráulico en el elemento telescópico del mástil, para insertarlo o extenderlo.
El procedimiento de perforación de acuerdo con la invención se caracteriza porque el carro de perforación es desplazado para la introducción de la primera varilla con un accionamiento de cilindro 60 hidráulico y porque el carro de perforación es desplazado para la introducción de la segunda varilla con un accionamiento de torno de cable. El accionamiento de cilindro hidráulico permite un desplazamiento rápido, lo que es ventajoso especialmente para los segmentos de varillas de perforación interior. En cambio, el accionamiento de torno de cable permite la aplicación de fuerza de avance altas, como es necesario durante la introducción de tubos de forros.
A este respecto, de acuerdo con la invención es ventajoso que la primera varilla sea una varilla de perforación interior y la segunda varilla de perforación sea una varilla de tubo exterior. En la varilla de tubo interior, en el extremo del lado del suelo se encuentra la cabeza de perforación. La varilla de tubo 5 exterior se puede insertar para el revestimiento y para el recubrimiento con hormigón del taladro, para asegurarlo.
Además, de acuerdo con la invención se prefiere que la primera varilla esté constituida por primeros segmentos de varilla y la segunda varilla esté constituida por segundos segmentos de varilla, que los primeros segmentos de varilla presenten una longitud, que es menor que la longitud de los segundos 10 segmentos de varilla, que antes de la introducción de la segunda varilla se extienda un elemento telescópico del mástil en un elemento de base del mástil para la prolongación, y que la segunda varilla es introducida por segmentos en el suelo a través del desplazamiento del carro de perforación a lo largo del mástil prolongado. De manera alternativa, también los segmentos de la primera varilla pueden ser más largos que los de la segunda varilla. 15
El procedimiento de perforación de acuerdo con la invención permite un funcionamiento efectivo en los dos tipos de funcionamiento principal. Así, por ejemplo, para la retirada con una varilla de perforación se puede desplazar el carro de perforación exclusivamente a lo largo del elemento de base del mástil. Aquí se pueden utilizar segmentos más cortos de la varilla de perforación. Si se empleasen en el otro tipo de funcionamiento principal, por ejemplo para al revestimiento del taladro, 20 tubos de forro más largos que la segunda varilla, entonces se puede extender el mástil para estos segmentos más largos de la varilla.
De acuerdo con la invención, en general se consigue una instalación de perforación y un procedimiento de perforación, en los que la instalación de perforación es más económica en comparación con instalaciones de perforación convencionales con potencia comparable. Para 25 conseguir con un accionamiento de torno de cable tanto las altas velocidades de avance de un cilindro hidráulico y al mismo tiempo las altas fuerzas de empuje necesarias, sería necesario un dimensionado mucho mayor del accionamiento de torno de cable.
La invención se describe en detalle a continuación con la ayuda de ejemplos de realización preferidos, que se representan de forma esquemática en los dibujos. En los dibujos: 30
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una primera instalación de perforación de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra una vista lateral de la instalación de perforación de la figura 1.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la instalación de perforación de la figura 1 con un mástil giratorio. 35
La figura 4 muestra una vista en perspectiva de otra instalación de perforación de acuerdo con la invención con equipamiento.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de otra instalación de perforación de acuerdo con la invención.
La figura 6 muestra una vista delantera de la instalación de perforación de la figura 5. 40
Las figuras 1 y 2 muestran una primera instalación de perforación 10 de acuerdo con la invención con un lecho 12, en el que está dispuesta un a unidad de equipo en forma de contenedor para el suministro de energía y de hidráulica. En el extremo opuesto del lecho 12 está previsto un apoyo del suelo 16 en forma de horquilla, que se extiende alrededor de un soporte de taladro 5. Sobre los brazos del apoyo del suelo 16 en forma de horquilla está articulado un mástil 23 de forma pivotable sobre una 45 pata doble 20 en forma de V. Sobre el lado trasero del mástil que está alejado del soporte del taladro 5, este mástil está apoyado sobre una disposición de puntales 18 con un llamado soporte-A con respecto al lecho 12.
En la transición del mástil 23 hacia la pata doble 20 está colocada la mesa de perforación 22, que se extiende esencialmente horizontal, con un apoyo de guía 62 en forma de cajón. Debajo de la mesa de 50 perforación 22, que está apoyada sobre puntales 21 frente al apoyo del suelo 16 en forma de horquilla, está previsto de manera conocida una válvula de prevención de reventones 60 con instalaciones de sujeción correspondientes para una unión roscada y una separación de los segmentos de varillas individuales.
En el ejemplo de realización representado de la instalación de perforación 10, el mástil 23 está 55 configurado de forma telescópica con un elemento de base del mástil 24, en el que está guiado de forma desplazable un elemento telescópico del mástil 26. El cuerpo de base del mástil 24 y el elemento telescópico del mástil 26 presentan en sus lados delanteros unas guías en forma de carriles, a lo largo de las cuales está guiado un carro de perforación 50 con una cabeza giratoria 52 a lo largo del mástil 23. En su lado dirigido hacia el mástil, el carro de perforación 50 presenta zapatas de guía 60 como una primera guía 54 y una segunda guía 56, que junto con la guía en el elemento de base del mástil 24 y con la guía en el elemento telescópico del mástil 26 proporcionan un desplazamiento lineal fiable del carro de perforación 50.
De acuerdo con la invención, el carro de perforación 50 es desplazable tanto por medio de un accionamiento de cilindro hidráulico 40 como también por medio de un accionamiento de torno de cable 30. El accionamiento de torno de cable 30 presenta un torno de cable 32 en forma de tambor 5 con un accionamiento giratoria. El torno de cable 32 está dispuesto en el lecho 12 entre el apoyo del suelo 16 en forma de horquilla y la unidad de equipo 14. Por medio de un rodillo de desviación 34 en la cabeza del mástil 28 se conecta un cable no representado aquí a través de una disposición de rodillos 36 a lo largo del mástil 23 con el carro de perforación 50. A través de una inserción múltiple del cable en la disposición de rodillos 36 se realiza, para el desplazamiento del carro de perforación 50, 10 una elevación de la fuerza de tracción de acuerdo con el principio de un aparejo. De la misma manera que se eleva la fuerza de tracción, se reduce la velocidad de desplazamiento del accionamiento de torno de cable 30.
De acuerdo con la invención, se puede acoplar un desplazamiento más rápido con fuerzas de tracción más reducidas de los carros de perforación con el accionamiento de cilindro hidráulico 40. El 15 accionamiento de cilindro hidráulico 40 presenta un cilindro hidráulico 42, que se extiende a lo largo del mástil 23 en forma de U en la sección transversal en su espacio interior. El cilindro hidráulico 42 presente un punto de fijación inferior 44 y un punto de fijación superior 46. Con estos puntos de fijación 44, 46 se puede conectar el cilindro hidráulico 42 opcionalmente en la base del mástil 23, en el carro de perforación 50 o en el elemento telescópico del mástil 26 desplazable. 20
De acuerdo con la invención, el elemento telescópico del mástil 26 se puede extender fuera del elemento de base del mástil 24 para la prolongación del mástil 23 cuando deben retirarse o extraerse segmentos de varilla más largos. En función de la velocidad de avance deseada y de las fuerzas de tracción necesarias se puede accionar en este caso el carro de perforación 50 o bien a través del accionamiento de torno de cable 30 o a través del accionamiento de cilindro hidráulico 40 25
La figura 3 muestra la instalación de perforación 10 en la posición de montaje plegada, en la que el mástil 23 está articulado a través de articulaciones giratorias 17 en el extremo inferior de la pata doble 20 en el apoyo del suelo 16 en forma de horquilla. Para la erección del mástil 23, que se encuentra para la reducción de las fuerzas en su estado insertado, se puede emplear el accionamiento de torno de cable 30. A tal fin, el cable 33 representado sólo parcialmente está articulado en el mástil 23 por 30 medio de la disposición de puntales plegada 18. De esta manera, se puede pivotar el mástil 23 desde su posición de transporte horizontal a la posición de funcionamiento vertical y a la inversa.
Otra instalación de perforación 10 se representa en la figura 4. Esta instalación de perforación 10 corresponde esencialmente a la instalación de perforación descrita anteriormente. A diferencia de ello, se selecciona otra disposición de puntales 18 con un elemento intermedio en forma de cajón. 35
La instalación de perforación 10 de acuerdo con la figura 4 se representa con el equipamiento habitual en lugares de perforación. Los primeros segmentos de varilla 71 son pivotados por medio de una instalación de manipulación conocida en sí desde una posición de salida horizontal hasta una posición vertical y se eleva sobre la altura de la mesa de perforación 22. Por medio del carro de perforación 50 se pueden enroscar los primeros segmentos de la varilla de perforación 71 entre sí 40 para la formación de la primera varilla y se pueden insertar por segmentos en el suelo. En secuencia inversa se realiza el desmontaje de la primera varilla.
Además, con el carro de perforación 50 se puede insertar una segunda varilla, que está constituida por dos segmentos de varilla 72. En la representación de acuerdo con la figura 4, éstos están dispuestos en un cojinete de varilla tubular. La longitud de los segundos segmentos de la varilla 72 es 45 mayor que la longitud de los primeros segmentos de la varilla 71. Para el desplazamiento de los segundos segmentos más largos de la varilla 72, el mástil 23 se puede extender, como se representa, de manera que el carro de perforación 50 puede recibir durante el desplazamiento hacia la cabeza superior del mástil 28 también los segundos segmentos de varillas 72 y los puede introducir o bien extraer desde el suelo. 50
En las figuras 5 y 6 se representa otra instalación de perforación 10 de acuerdo con la invención. Esta instalación corresponde esencialmente a las instalaciones de perforación descritas anteriormente, de manera que a continuación solamente de describen detalles de las diferentes configuraciones.
En la instalación de perforación 10 de acuerdo con las figuras 5 y 6 está previsto un mástil 23 de una 55 pieza con una longitud fija del mástil. La longitud del mástil 23 está configurada en este caso de acuerdo con la longitud máxima previsible de un segmento de varilla. En el caso de segmentos de varilla más cortos, el carro de perforación 50 se desplaza en cada caso solamente hasta la altura necesaria en el mástil 23.

Claims (11)

  1. 60 REIVINDICACIONES
  2. 1.- Instalación de perforación con
    - un mástil (23),
    - un carro de perforación (50), que está guiado de forma desplazable a lo largo del mástil (23), y 5
    - una unidad de accionamiento para el desplazamiento del carro (50) en el mástil (23), caracterizada
    - porque la unidad de accionamiento presenta tanto un accionamiento de cilindro hidráulico (40) como también un accionamiento de torno de cable (30),
    - porque el carro de perforación (50) se puede acoplar con el accionamiento de cilindro 10 hidráulico (40) y con el accionamiento de torno de cable (30) y
    - porque el carro de perforación (50) se puede accionar en función en función de una velocidad de avance deseada y de fuerzas de tracción necesarias o bien a través del accionamiento de torno de cable (30) o a través del accionamiento de cilindro hidráulico (40).
  3. 2.- Instalación de perforación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque está 15 prevista una instalación de acoplamiento, con la que el carro de perforación (50) se puede conectar de forma alternativa con el accionamiento de cilindro hidráulico (40) y el accionamiento de torno de cable (30).
  4. 3.- Instalación de perforación de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el mástil (23) presenta un elemento de base de mástil (24) y al menos un elemento telescópico de mástil 20 (26), que está guiado de forma telescópica en el elemento de base del mástil (24), yporque para el desplazamiento del al menos un elemento telescópico del mástil (26), el accionamiento de cilindro hidráulico (40) se puede acoplar con aquél.
  5. 4.- Instalación de perforación de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el carro de perforación (50) presenta una primera guía (54) para la conducción a lo largo del elemento de 25 base del mástil (24) y al menos otra segunda guía (56) para la conducción a lo largo del al menos un elemento telescópico del mástil (26).
  6. 5.- Instalación de perforación de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque el accionamiento de torno de cable (30) presenta un torno de cable (32), que está dispuesto en el lecho (12) de la instalación de perforación (10), y un cable (33), que está guiado sobre una disposición de 30 rodillos (36) en la cabeza del mástil (28).
  7. 6.- Instalación de perforación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el accionamiento de torno de cable (30) se puede conectar con el mástil (23) para la articulación del mástil (23).
  8. 7.- Instalación de perforación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada 35 porque el accionamiento de cilindro hidráulico (40) presenta al menos un cilindro hidráulico (42), que está dispuesto en la pata del mástil (23).
  9. 8.- Procedimiento de perforación, en particular para la realización con una instalación de perforación (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, para la creación de un taladro, en el que una primera varilla y una segunda varilla son desplazadas con un carro de perforación (50), que 40 es conducido en un mástil y en particular en el suelo, caracterizado porque el carro de perforación (50) es desplazado para la introducción de la primera varilla con un accionamiento de cilindro hidráulico (40), y porque el carro de perforación (50) es desplazado para la introducción de la segunda varilla con un accionamiento de torno de cable (30).
  10. 9.- Procedimiento de perforación de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la 45 primera varilla es una varilla de perforación interior y la segunda varilla es una varilla de tubo exterior.
  11. 10.- Instalación de perforación de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque la primera varilla está constituida por primeros segmentos de varilla (71) y la segunda varilla está constituida por segundos segmentos de varilla (72), porque los primeros segmentos de varilla (71) presentan una longitud, que es menor que la longitud de los segundos segmentos de varilla 50 (72),porque antes de la introducción de la segunda varilla (72) se prolonga el mástil (23), y porque la segunda varilla (72) es introducida por segmentos en el suelo a través del desplazamiento del carro de perforación (50) a lo largo del mástil prolongado (23).
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