摘 要

摘　要：四川盆地孝泉——豐谷構(gòu)造帶位于四川盆地川西坳陷中段，同一構(gòu)造帶內(nèi)上三疊統(tǒng)須家河組氣藏氣、水、干層共存，氣水關(guān)系異常復(fù)雜。為弄清須家河組氣藏氣水分布的

摘　要：四川盆地孝泉——豐谷構(gòu)造帶位于四川盆地川西坳陷中段，同一構(gòu)造帶內(nèi)上三疊統(tǒng)須家河組氣藏氣、水、干層共存，氣水關(guān)系異常復(fù)雜。為弄清須家河組氣藏氣水分布的控制因素，利用氣井歷年地層水分析資料，結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)研究了該區(qū)地層水的特征，認(rèn)為鉆井生產(chǎn)過程中產(chǎn)出水包含了凝析水以及地層水與凝析水的混合水，地層水的產(chǎn)出與氣藏含氣豐度密切相關(guān)。在此基礎(chǔ)上，采用洛瓦克相圖分析了氣水分布的控制因素。結(jié)果表明：①須家河組氣藏同一局部構(gòu)造范圍內(nèi)底水、邊水并存，地層水分布橫向連通性差，平面上分布規(guī)模較小，為各自獨(dú)立的氣水系統(tǒng)；②古、今構(gòu)造高部位均有利于水溶氣脫溶成藏，但成藏期古構(gòu)造起到了決定性作用；③高地層水礦化度、低地層壓力區(qū)更有利于游離氣氣藏的發(fā)育。最后，分析了須二段、須四段的油氣勘探潛力，結(jié)論認(rèn)為：須二段、須四段游離氣、溶解氣共存，須二段水溶氣脫溶程度高于須四段，勘探潛力更大；合理利用及開采水溶氣有利于擴(kuò)大氣藏規(guī)模。

關(guān)鍵詞：四川盆地  孝泉一豐谷構(gòu)造帶  凝析水  水溶氣脫溶  氣水分布  控制因素  勘探潛力  晚三疊世

Factors controlling gas-water contact and the exploration potential of the Xujiahe Fm gas reservoirs in the Xiaoquan-Fenggu structural zone,Sichuan Basin

Abstract：The Xiaoquan Fenggu structural zone is located in the central section of Western Sichuan Depression．Gas，water and drylayers coexist in the Upper Triassic Xujiahe Fm in this structural zone and the gas-water contract is very complex．In order to make clear the factors controlling gas-water contact in the Xujiahe Fm gas reservoirs，the produced water analysis results obtained over the years were integrated with the dynamic production performance data to study the characteristics of formation water．It is belleved that the produced water during drilling operation and production is a mixture of condensate water and formation water．The productlon of condensate water is closely related with gas reservoir abundance．The Nvok phase diagrams were used to analvze the factors controlling gas-water contract．The following conclusions were obtained．(1)Edge water and bottom water coexist in a single local structure in the Xuj iahe Fm gas reservoir．The lateral continuity of formation water is poor and its areal distribution is limited．Eachlocal structure has a separate gas water system．(2)Both the ancient and modern structural highs are favorable for the degassing and accumulation of water dissolved gas．However，the palaeo-structure of reserv for oiring stage plays a decisive role．(3)Such areas　with high formation water salinity and low formation pressure are more favorable the accumulation of free gas．Finally，the exploration potential of the 2^nd and 4^th members of Xujiahe Fm was analyzed．It is believed that free gas and dissolved gas coexist there．But in the 2^nd member of Xujiahe Fm the degassing degree of water soluble gas is relatively higher，and this brings about a higher exploration potential there．Rational utilization and recovery of water dissolved gas is favorable for enlarging the scale of a gas reservoir．

Key words：Xiaoquan-Fenggu structural zone，Sichuan Basin，condensate water，degas of water dissolved gas，gas-water contact．controlling factor，exploration potential，Late Triassic

孝泉豐谷構(gòu)造帶位于川西坳陷中段，為燕山期北東東向大型古隆起，受喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造在古隆起之上形成孝泉、新場(chǎng)、羅江、合興場(chǎng)、高廟子、豐谷等多個(gè)局部構(gòu)造^[1-2]。目前上三疊統(tǒng)須家河組勘探的主要目的層為須二段、須四段，辮狀河三角洲平原分流河道、前緣水下分流河道、河口壩是主要的儲(chǔ)集相帶，分流河道的頻繁擺動(dòng)造成巨厚砂體(50～80m)連片發(fā)育^[3]，深埋藏強(qiáng)烈壓實(shí)作用使得砂體總體致密或超致密，特殊物質(zhì)(火山碎屑、碳酸鹽巖屑、長(zhǎng)石等)的溶蝕作用^[4-6]。致使厚大砂體內(nèi)部普遍發(fā)育5～8m的相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

該區(qū)共有須家河組生產(chǎn)井超過40口，幾乎所有鉆井產(chǎn)氣的同時(shí)都有地層水產(chǎn)出，只是產(chǎn)水的多少不同。隨著勘探開發(fā)和研究的深入，更多復(fù)雜情況凸現(xiàn)，如孝泉豐谷古隆起范圍內(nèi)氣、水、干層共存，現(xiàn)今構(gòu)造位置相當(dāng)或更高、儲(chǔ)層物性好的儲(chǔ)層反而出水嚴(yán)重(XC6、FG21井)，構(gòu)造位置更低且儲(chǔ)層物性稍差的層段卻獲工業(yè)氣流(X5、FG22井)?？梢?，須家河組氣水關(guān)系及分布控制因素異常復(fù)雜。

前人對(duì)須家河組地層水特征及其分布規(guī)律等做過大量有益的研究，認(rèn)為川西坳陷須家河組大多數(shù)氣藏為水溶脫氣罔閉，氣水分布、富集與調(diào)整受古、今構(gòu)造，尤其是受斷裂控制及儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響^[7-9]，但研究多以靜態(tài)的地質(zhì)特征分析為主。為此，筆者首先通過大量鉆井歷年地層水分析資料，結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，分析地層水特征；再利用洛瓦克相圖分析手段，刻畫氣水分布特征；進(jìn)而認(rèn)識(shí)氣藏特征，分析氣水分布控制因素及勘探潛力，以期為下一步研究及勘探部署指明方向。

1　氣水分布特征及控制因素

1．1　地層水特征

1．1．1動(dòng)態(tài)分析

生產(chǎn)井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及地層水化學(xué)分析資料均表明鉆井生產(chǎn)過程中產(chǎn)出水不能籠統(tǒng)地理解為須家河組地層水，其中包含了凝析水及地層水與凝析水的混合水，且地層水總礦化度隨著天然氣產(chǎn)量的上升而降低(表1)。地層水總礦化度的降低應(yīng)是受氣藏凝析水的影響，已有研究通過地層水化學(xué)特征、微量元素及氫氧穩(wěn)定同位素論證了四川盆地須家河組氣藏凝析水的存在^[10-11]。

 

選取該區(qū)須家河組氣藏典型井進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)與地層水產(chǎn)出特征綜合分析(表1)。須二段氣藏Cl井生產(chǎn)初期氣產(chǎn)量大于50×10⁴m³／d、水產(chǎn)量小于5m³／d；C3井生產(chǎn)初期氣產(chǎn)量大于l0×10⁴m³／d、水產(chǎn)量小于1m³／d，此時(shí)水分析總礦化度極低，分布在0.094～2.694g／L，產(chǎn)出水為氣藏凝析水；之后氣產(chǎn)量降低，水產(chǎn)量增加，產(chǎn)出水從混合水變?yōu)榈貙铀?span lang="EN-US">C2井情況相反，2007年氣藏未打開之前，氣、水產(chǎn)量均不高，產(chǎn)出水礦化度較高，2007年之后儲(chǔ)層改造獲得成功，獲5×10⁴～6×10⁴m³／d的天然氣產(chǎn)能，產(chǎn)出水總礦化度隨著時(shí)間的推移不斷降低，可見地層水中凝析水的混合逐漸增多。

須四段氣藏C4井在氣產(chǎn)量大于30×10⁴m³／d的情況下，仍有3～6m³／d水產(chǎn)出，隨后在不到la的時(shí)間內(nèi)氣產(chǎn)量迅速F降至7×l0⁴～10×10⁴m³／d，而水產(chǎn)也同步增至40～50m³／d，可見該井開始生產(chǎn)都有地層水產(chǎn)出，只是含量較低，為混合水，產(chǎn)量下降后產(chǎn)出水應(yīng)為須四段地層水。C5井為低產(chǎn)工業(yè)氣井，僅生產(chǎn)初期產(chǎn)凝析水，其后均產(chǎn)混合水。

可見，生產(chǎn)初期氣產(chǎn)量較高時(shí)產(chǎn)出總礦化度較低的為凝析水，后期較長(zhǎng)一段時(shí)間穩(wěn)定產(chǎn)出且與本段平均礦化度接近的才能視為地層水。地層水的產(chǎn)出與氣藏含氣豐度密切相關(guān)，氣產(chǎn)量降低水產(chǎn)量上升，二者為此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，鉆井開采過程中應(yīng)適當(dāng)控制生產(chǎn)壓差，保持穩(wěn)定的含氣豐度。

1．1．2地層水化學(xué)特征

該區(qū)須家河組247個(gè)地層水樣品分析結(jié)果表明，陽離子主要有K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，以Na⁺為主；陰離子主要有Cl^-、S04^2-和HCO3^-，以Cl^-為主。不同樣品離子含量差別很大，即使同一口井不同時(shí)期所取樣品分析結(jié)果也存在較大差異。地層水總礦化度分布范圍較大，小于1g／L與大于100g／L的樣品均存在。通過以上分析，排除凝析水的影響，認(rèn)為須二段地層水總礦化度分布在78.087～86.35g／L，平均礦化度為89.25g／L。須四段地層水含量較多，氣水同產(chǎn)情況嚴(yán)重，地層水多為混合水，總礦化度存在較大差異，為47.57～101.3mg／L，平均為70.866mg／L。

1．1．3凝析水——水溶脫氣的產(chǎn)物

該區(qū)須家河組氣藏凝析水的形成與水溶脫氣有關(guān)。有研究表明凝析水是僅在石油天然氣藏內(nèi)才能出現(xiàn)的特殊狀態(tài)的地層水，其成因是水蒸氣的凝結(jié)作用^[10]，地層強(qiáng)烈抬升是凝析水形成的必要條件^[11]。由于須家河組地層水相當(dāng)活躍，且烴源充足、地層保持超壓，滿足水溶氣存在的所有條件^[12-14]，并且新場(chǎng)—豐谷構(gòu)造帶受到燕山期、喜馬拉雅期多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升、擠壓，可以認(rèn)為水溶氣隨著地層抬升溫度、壓力降低從地層水中脫出將水分子帶出而形成游離氣藏凝析水。

1．2　洛瓦克相圖分析

洛瓦克相圖常被用于判別不同地層水來源，依靠水化學(xué)相圖的相似性來尋找地層水及油氣的遷移軌跡，并在局部構(gòu)造乃至四川盆地地層水研究中取得了成功^[15]。筆者嘗試應(yīng)用該方法認(rèn)識(shí)地層水分布及油氣運(yùn)移特征。

1．2．1地層水分布特征

通過對(duì)孝泉  豐谷地區(qū)生產(chǎn)井歷年地層水洛瓦克相圖系統(tǒng)分析，選擇相同層位具有代表性且相同或相近時(shí)間段的樣品分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，表明研究區(qū)須家河組同一地區(qū)縱向上地層水具相似特征，在同一局部構(gòu)造范圍內(nèi)底水和邊水并存，但地層水分布橫向連通性差，不同的構(gòu)造部位水體不連通，平面上分布規(guī)模較小，為獨(dú)立的氣水系統(tǒng)。

1．2．1．1須二段

孝泉豐谷地區(qū)須二段地層水相圖特征大體相似，但不同地區(qū)各自略有不同(圖1)。合興場(chǎng)地區(qū)CHl00、CHl27、CHl37井歷年地層水分析表明，生產(chǎn)后期產(chǎn)出均為須二段的地層水，CHl27、CHl37井地層水洛瓦克相圖也顯示出相似的特征，分析為連通的同一水體。新場(chǎng)地區(qū)X853、X856、X2井2009年同一批次水樣分析礦化度接近，相圖特征相似，且3口井距離很近，據(jù)此判斷X856井區(qū)地層水已連通?？梢婍毝尉植苛芽p發(fā)育地區(qū)氣藏是連通的。而距X856井區(qū)西部6～7km的Xl0井，和東部4～5km的L150井，還有高廟子地區(qū)的CG561井相圖都不相同，說明不同局部構(gòu)造水體不連通。這3口井均為工業(yè)氣井，地層水總礦化度均較低，應(yīng)受凝析水影響。

 

1．2．1．2須四段

須四段的地層水相圖(圖1)表明地層水分布橫向連通性差，下亞段新場(chǎng)、豐谷地區(qū)各不相同，但各構(gòu)造部位縱向上地層水相圖有一定的相似性。新場(chǎng)地區(qū)XC22井下亞段與X882井上亞段地層水相圖特征相似，豐谷地區(qū)CF563中亞段與CFl75下亞段相岡特征相似。X882井區(qū)斷層發(fā)育，而豐谷地區(qū)斷層不發(fā)育，可見須四段氣水運(yùn)移不僅依靠斷層、裂縫等快速通道，同時(shí)存在垂向運(yùn)移。

1．2．2水溶脫氣特征

現(xiàn)今的地層水是由最初的沉積水經(jīng)過深埋藏、參與成巖作用、濃縮變質(zhì)而成。由于整個(gè)須家河組總體屬于三角洲沉積，同一時(shí)期沉積水化學(xué)特征應(yīng)具有相似性，但是須二、須四段物源、埋深等仍存在差異，又使得各段的地層水有其特殊性。地層水化學(xué)相圖能揭示這一特征，圖1可見須二、須四段地層水洛瓦克相圖總體上具相似性，各亞段之間存在差異，而須二上亞段和須四下亞段的相圖卻相似，認(rèn)為二者均是受到須三段地層水的影響。

天然氣同位素分析，須二段氣藏的d¹³C1為-31.1‰～-31.97‰，d¹³C2為-24.35‰～-28.06‰，均呈現(xiàn)正碳同位素系列。但CHl37井d¹³C2(-24.35‰)> d¹³C3(-26.22‰)，并且d¹³C2更接近于須四段天然氣特征(-21.53‰～-25.33‰)，其來源特征與其余各井存在較大差異。須四段的氣源主要來自于下伏須三段烴源巖，CHl37井產(chǎn)層位于須二段頂部，可能有須三段烴源向下注入?？梢?，須二上亞段與須四下亞段均受到須三段烴源的影響，天然氣以水溶氣的形式，或脫出成游離氣，但也難免攜帶水分子，將須三段地層水的特征帶到儲(chǔ)集層中。

1．3　氣水分布的控制因素

以上通過對(duì)地層水化學(xué)特征及洛瓦克相圖特征論證了須家河組氣藏具水溶脫氣特征。因此，控制水溶氣脫出程度的因素，也即是氣藏氣水分布的控制因素。

1．3．1古、今構(gòu)造

以須二段氣藏為例，成藏關(guān)鍵期較多認(rèn)識(shí)為須家河組沉積末期或中、晚侏羅世等^[16-17]，通過對(duì)不同時(shí)期古構(gòu)造的恢復(fù)，可見千佛崖組沉積末期古構(gòu)造對(duì)早期油氣聚集的控制作用與現(xiàn)今勘探實(shí)際較為吻合(圖2)。成藏期古構(gòu)造特征為西低東高，東部地區(qū)更有利于游離氣氣藏發(fā)育，西部地區(qū)地層水、水溶氣、游離氣共存。

 

東部高廟子地區(qū)CG561井從2007年至今一直保持5×10⁴～6×10⁴m³／d的天然氣產(chǎn)能，幾乎不產(chǎn)地層水，GM2、GM4井、豐谷地區(qū)CF563等井由于測(cè)試工藝問題雖未獲工業(yè)產(chǎn)能，但均不產(chǎn)地層水，而向西的合興場(chǎng)、新場(chǎng)地區(qū)，由于其古構(gòu)造降低，但現(xiàn)今構(gòu)造在高部位而有利于水溶氣脫出，獲得大于10×10⁴m³／d的工業(yè)產(chǎn)能，但受古構(gòu)造影響早期分配的地層水含量高，鉆井無水開采時(shí)間較短，分別持續(xù)1～2a不產(chǎn)或產(chǎn)少量地層水，其后高產(chǎn)氣井多隨著地層水的產(chǎn)出而氣產(chǎn)量降低到小于l×10⁴m³／d，有的甚至關(guān)井停產(chǎn)。

須二段構(gòu)造變形程度較須四段強(qiáng)，水溶氣脫出程度應(yīng)高于須四段氣藏，與現(xiàn)今生產(chǎn)情況吻合，須四段獲得工業(yè)氣井較少，多為氣水同產(chǎn)。

由此可見，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用使得研究區(qū)構(gòu)造形跡復(fù)雜，導(dǎo)致水溶氣的脫出程度在同一構(gòu)造帶內(nèi)存在較大差異，形成現(xiàn)今復(fù)雜的氣水分布局面。古、今構(gòu)造高部均有利于水溶氣脫溶成藏，但成藏期古構(gòu)造起決定性作用。

1．3．2地層水礦化度

孝泉  豐谷地區(qū)須二段地層水總礦化度大于須四段，從圖3可見，須二段地層水總礦化度多數(shù)大于75g／L，而須四段大部分則小于75g／L。對(duì)于水溶氣而言，天然氣在地層水中的溶解度隨地層水礦化度的增加而降低^[18]，因此須二段水溶脫氣程度大于須四段，而勘探實(shí)踐也證明須二段氣藏勘探成果較須四段好。

 

從平面上看，須二段現(xiàn)今氣藏氣井多位于地層水總礦化度大于75g／L的高礦化度區(qū)域，更有利于水溶脫氣；須四段現(xiàn)今氣藏則正好相反，氣井多位于地層水總礦化度小于75g／L的地區(qū)，才會(huì)出現(xiàn)多數(shù)鉆井產(chǎn)水或氣水同產(chǎn)的局面。

因此，地層水礦化度影響、控制了氣藏的規(guī)模。須二段地層水總礦化度大于須四段，須二、須四段現(xiàn)今氣藏分別對(duì)應(yīng)高、低礦化度區(qū)域，須二段水溶氣脫出程度較須四段強(qiáng)。

1．3．3地層壓力

須二段地層壓力系數(shù)變化范圍不大，分布在1.57～1.66，須四段大于須二段，且平面上壓力變化大，地層壓力系數(shù)分布在1.47～2.15，均屬超壓(強(qiáng)超壓)氣藏。天然氣在地層水中的溶解度隨地層壓力的增加而增大^[18]，因此低地層壓力區(qū)域更有利于水溶氣脫出，不產(chǎn)地層水。豐谷地區(qū)須四段氣藏FG22、CG561井測(cè)試獲低產(chǎn)氣流，不產(chǎn)地層水，2口井均位于相對(duì)低地層壓力區(qū)域，地層壓力系數(shù)小于l.6；而CFl75、FGl井雖獲大于20×10⁴m³／d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，但產(chǎn)水l4m³／d，且產(chǎn)水量上升很快，以至于關(guān)井停產(chǎn)，相反的這2口井所處位置地層壓力系數(shù)大于2.0。

縱向上須二段地層壓力小于須四段，更有利于純氣藏發(fā)育；平面上，須二段現(xiàn)今氣藏對(duì)應(yīng)于相對(duì)低地層壓力區(qū)域，相反須四段現(xiàn)今氣藏則對(duì)應(yīng)于相對(duì)高地層壓力區(qū)域，因此須四段氣藏勘探效果不理想。

2　勘探潛力分析

2．1　須二段

須二段鉆井早期普遍產(chǎn)凝析水，且含凝析水時(shí)期越長(zhǎng)證明氣藏規(guī)模越大。游離氣與水溶氣共生，強(qiáng)烈的構(gòu)造形變、高地層水礦化度及相對(duì)較低且分布穩(wěn)定的地層壓力均有利于水溶脫氣形成游離氣氣藏。

現(xiàn)今地層水中仍含有大量的水溶氣，把氣藏與其溶有氣體的底水或邊水當(dāng)做一個(gè)整體看待，當(dāng)氣藏由于開采時(shí)期較長(zhǎng)，氣藏內(nèi)的壓力(即游離氣的壓力)逐漸降低時(shí)，則原來與高壓氣藏處于平衡狀態(tài)的水溶氣也將隨之逐漸從水中析出而進(jìn)入氣藏中，對(duì)常規(guī)氣藏進(jìn)行補(bǔ)充，有利于延長(zhǎng)氣藏開采時(shí)間。合興場(chǎng)地區(qū)CHl37、CHl27井開采時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20a，生產(chǎn)復(fù)壓和排水產(chǎn)氣措施對(duì)恢復(fù)產(chǎn)量效果較好，說明地層水中含有水溶氣，隨著開采的進(jìn)行，氣藏壓力降低，不斷有天然氣從地層水中脫出，對(duì)氣源進(jìn)行補(bǔ)充。

由于水溶氣的存在，擴(kuò)大了天然氣成藏的規(guī)?；蝾I(lǐng)域，如果合理開采，控制氣藏壓力緩慢下降，則溶解氣將慢慢析出而增加了可采儲(chǔ)量，就等于擴(kuò)大了天然氣藏的規(guī)模。

2．2　須四段

須四段氣、水共存現(xiàn)象更為嚴(yán)重，氣藏含氣豐度較低，氣水層橫向連續(xù)性差，地層壓力橫向變化大，超壓、強(qiáng)超壓地層均有分布，具水溶氣富集的主要條件。新場(chǎng)地區(qū)須四上亞段產(chǎn)水明濕；豐谷地區(qū)須四中亞段鈣屑砂巖儲(chǔ)層孔隙性、連通性很好，同樣表現(xiàn)出低電阻率，高含水特征；豐谷地區(qū)須四下亞段為強(qiáng)超壓地層，生產(chǎn)初期高產(chǎn)，但由于開采壓差控制不嚴(yán)，邊水或底水迅速錐進(jìn)，大量產(chǎn)地層水。

須四段鉆井多數(shù)產(chǎn)水，但地層超高壓，天然氣在水中溶解度大，這可能與地層水礦化度相對(duì)較低，且須四段氣源主要來自于須三段，也有須四中亞段烴源的貢獻(xiàn)，生烴增壓強(qiáng)度大有關(guān)，因此把氣藏與其溶有氣體的底水或邊水當(dāng)做一個(gè)整體看待，須四段氣藏同樣具有可觀的勘探價(jià)值。

3　結(jié)論

1)鉆井生產(chǎn)過程中產(chǎn)出水包含了凝析水以及地層水與凝析水的混合水。地層水的產(chǎn)出與氣藏含氣豐度密切相關(guān)，氣產(chǎn)量降低水產(chǎn)量上升，鉆井開采過程中應(yīng)適當(dāng)控制生產(chǎn)壓差，保持穩(wěn)定的含氣豐度。

2)須家河組同一局部構(gòu)造范圍內(nèi)底水和邊水并存，但不同的構(gòu)造部位水體不連通。地層水分布橫向連通性差，平面上分布規(guī)模較小，為獨(dú)立的氣水系統(tǒng)。

3)古、今構(gòu)造高部位均有利于水溶氣脫溶成藏，但成藏期古構(gòu)造起決定性作用。高地層水礦化度、低地層壓力區(qū)域更利于游離氣氣藏發(fā)育。

4)須二段水溶氣脫溶的程度高于須四段。須二、須四段游離氣、溶解氣共存，合理利用及開采水溶氣有利于擴(kuò)大氣藏規(guī)模。

 

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本文作者：劉莉萍  林小兵  李麗平

作者單位：中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院

  “油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)

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