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文檔簡(jiǎn)介

1、完井工程的概念,從鉆開油層開始,包括下套管注水泥固井、射孔、下生產(chǎn)管柱、直至油井投產(chǎn)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。 完井質(zhì)量直接影響油井投產(chǎn)后的生產(chǎn)能力和油井壽命。,完井方式概述各種完井方式的特點(diǎn)及適用條件,射孔完井 能有效封隔含水夾層、易塌地層等 能分隔和選擇性射開不同壓力、不同物性的儲(chǔ)層,避免層間干擾 可實(shí)施分層注采 可防止井壁坍塌 但應(yīng)注意防止射孔作業(yè)自身對(duì)儲(chǔ)層的損害。,射孔完井示意圖,套管射孔完井,尾管射孔完井,完井方式概述各種完井方式的特點(diǎn)及適用條件,裸眼完井 油層完全裸露,具有最大滲流面積,有利于提高產(chǎn)能 但不能防砂,不能避免層間干擾,不能有效實(shí)施分層注采 適用條件:井壁穩(wěn)定、巖性堅(jiān)硬、無氣頂或

2、底水、無含水夾層的塊狀碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖油藏。,先期裸眼完井示意圖,完井方式概述各種完井方式的特點(diǎn)及適用條件,礫石充填完井 特點(diǎn): 是有效的防砂完井方式 適用條件: 膠結(jié)疏松、易出砂的砂巖油藏,特別是稠油砂巖油藏。 類型: 裸眼礫石充填完井 套管礫石充填完井,礫石充填完井示意圖,裸眼礫石充填完井,套管礫石充填完井,射孔完井的保護(hù)油氣層技術(shù),損害因素分析: 一、成孔過程對(duì)油氣層的損害 聚能射孔彈將套管、水泥環(huán)及部分儲(chǔ)層擊穿后,形成孔眼,與此同時(shí)形成壓實(shí)帶。 Sanucier的研究表明,在孔眼周圍約0.5”厚的壓實(shí)帶處,滲透率僅為原始滲透率的10。,射孔完井的保護(hù)油氣層技術(shù),損害因素分析: 二、射

3、孔參數(shù)不合理或儲(chǔ)層打開程度不完善 射孔參數(shù):孔密、孔深、孔徑、步孔相位角、步孔格式等。 當(dāng)徑向流非徑向流時(shí),流動(dòng)阻力增大,產(chǎn)生附加壓降。 如果以上參數(shù)選擇不合理,產(chǎn)生附加壓降。 如果油層有氣頂和底水,油層段不能全部射開,增大附加阻力。,射孔完井的保護(hù)油氣層技術(shù),損害因素分析: 三、射孔壓差選擇不當(dāng) 射孔壓差:射孔液的液柱壓力與P孔之差。 正壓差射孔( P液 P孔)可能引起的損害: 射孔液進(jìn)入射孔孔道,侵入油層 “壓持效應(yīng)”使孔眼被固相顆粒、射孔彈殘?jiān)氯?形成K很低的壓實(shí)損害帶(尤其是氣層) 負(fù)壓差射孔( P液 P孔)可能引起的損害: 若負(fù)壓差過大,引起地層出砂、坍塌 套管擠毀 封隔器失效,射

4、孔完井的保護(hù)油氣層技術(shù),損害因素分析: 四、射孔液對(duì)儲(chǔ)層的損害 固相顆粒侵入,堵塞孔眼和儲(chǔ)層孔喉。 液相侵入:產(chǎn)生粘土水化膨脹、結(jié)垢、水鎖等多種損害。 應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層特性,通過室內(nèi)評(píng)價(jià),優(yōu)選出能與儲(chǔ)層配伍,并能滿足施工要求的射孔液。,孔眼周圍壓實(shí)帶的形成,破碎帶滲透率明顯低于儲(chǔ)層原始滲透率,Permeability of the crushed zone is 1/3 to 1/10 of formation permeability,保護(hù)儲(chǔ)層的射孔完井技術(shù),一、正壓差射孔的保護(hù)油氣層技術(shù) 正Dp 2MPa 使用與儲(chǔ)層配伍的無固相射孔液 二、負(fù)壓差射孔的保護(hù)油氣層技術(shù) 使用與儲(chǔ)層配伍的無固相射孔液

5、 確定合理的負(fù)壓差值 負(fù)壓差射孔的特點(diǎn):在成孔瞬間,儲(chǔ)層流體流向井筒,對(duì)孔眼有清洗作用,但負(fù)壓差值必須合理。 目前我國(guó)多數(shù)油田采用負(fù)壓差射孔,但并不是在任何情況下都可實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)。,合理負(fù)壓差值的確定,美國(guó)巖心公司經(jīng)驗(yàn)公式(針對(duì)油層): Ln(Dpmin) = 5.471 0.3688 ln(K) 式中,Dpmin 射孔最小負(fù)壓(10-1MPa) K 油層滲透率,10-3mm2,負(fù)壓射孔示意圖,保護(hù)儲(chǔ)層的射孔完井技術(shù),三、保護(hù)儲(chǔ)層的射孔液 射孔液:既是射孔作業(yè)中井筒的工作液,也是射孔作業(yè)完成后,進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試的壓井液。 對(duì)射孔液的基本要求: 與儲(chǔ)層巖石、流體相配伍 滿足射孔及后續(xù)作業(yè)的要求(具有

6、合適的密度,以及適當(dāng)?shù)牧髯冃砸詽M足循環(huán)清洗炮眼的需要),常用的射孔液體系,一、無固相清潔鹽水 1、組成: 清潔鹽水 無機(jī)鹽調(diào)節(jié)射孔液密度,增強(qiáng)抑制性 緩蝕劑減弱鹽水腐蝕性 pH值調(diào)節(jié)劑保持適宜的酸堿性,防止堿敏損害 表面活性劑降低濾液界面張力,利于進(jìn)入油層的濾液反排 2、優(yōu)點(diǎn):基本無固相損害;可抑制水敏損害;液相粘度低,易反排。 3、缺點(diǎn):對(duì)清洗的要求高(罐車、管線、井筒等);濾失量較大,對(duì)易漏儲(chǔ)層不宜;粘度低,清洗炮眼效果較差.,常用的射孔液體系,二、陽離子聚合物(粘土穩(wěn)定劑)射孔液 1、組成:淡水或低礦化度鹽水 陽離子聚合物 2、特點(diǎn):可增強(qiáng)對(duì)水敏的抑制性 三、無固相聚合物鹽水鉆井液 1、

7、組成:無固相清潔鹽水 高分子聚合物 2、特點(diǎn):提高粘度,降低濾失量,可提高清洗炮眼的效果 四、暫堵型聚合物射孔液 1、組成: 淡水或鹽水; 增粘劑對(duì)儲(chǔ)層無明顯損害的聚合物 暫堵劑與鉆井液暫堵劑相同,分為酸溶性、水溶性、油溶性三種 2、特點(diǎn):可進(jìn)一步降低濾失量,投產(chǎn)后可解堵,常用的射孔液體系,五、油基射孔液 1、組成:柴油 添加劑,可以是w/o乳化射孔液,也可以是純油基射孔液 2、特點(diǎn): 可避免水敏、鹽敏損害 但配制成本高、因而較少使用 應(yīng)注意防止?jié)櫇穹崔D(zhuǎn)、乳化堵塞及有機(jī)垢堵塞,常用的射孔液體系,六、酸基射孔液 1、組成:HAc(或稀鹽酸) 緩蝕劑等 2、特點(diǎn): 可使存在于孔眼內(nèi)的堵塞物以及孔眼

8、周圍的壓實(shí)帶得到一定程度溶解,減小油氣流動(dòng)阻力 不宜在酸敏性儲(chǔ)層使用 不宜在H2S含量較高的儲(chǔ)層使用 應(yīng)注意防腐蝕(設(shè)備、管線、井下管柱等),防砂完井的保護(hù)油氣層技術(shù),出砂造成的后果: 油氣流動(dòng)阻力增大 井塌 套管損壞(上覆地層下沉,套管變形損壞) 增加井下工具和地面設(shè)備的磨損,油層出砂、套管毀壞示意圖,油層出砂機(jī)理(巖石結(jié)構(gòu)破壞),一、巖石膠結(jié)方式和強(qiáng)度 1、膠結(jié)方式: 基底式膠結(jié)強(qiáng)(巖石顆粒浸沒在膠結(jié)物中) 接觸式膠結(jié)弱(膠結(jié)物的量較少) 孔隙式膠結(jié)中(介于二者之間) 2、巖石膠結(jié)強(qiáng)度: 除取決于膠結(jié)方式外,還取決于膠結(jié)物類型及含量 膠結(jié)物強(qiáng)度排序:粘土碳酸鹽硅質(zhì) 膠結(jié)物的量越大,膠結(jié)強(qiáng)度

9、越高。,砂巖膠結(jié)方式,(a)基底膠結(jié)(b)接觸膠結(jié)(c)孔隙膠結(jié),油層出砂機(jī)理(巖石結(jié)構(gòu)破壞),二、油氣層應(yīng)力狀態(tài) 鉆井前,巖石處于應(yīng)力平衡狀態(tài) 鉆井后,井壁巖石承受最大切向應(yīng)力,易發(fā)生變形破壞 井越深,承受的切向應(yīng)力越大 三、原油性質(zhì) 密度和粘度越高,對(duì)巖石沖刷力越大,攜砂能力越強(qiáng)。,油層出砂機(jī)理(巖石結(jié)構(gòu)破壞),四、油藏開采條件(外因) 1、生產(chǎn)壓差 (Dp): Dp越大,滲流速率越高,液流對(duì)井壁巖石沖刷力越強(qiáng),出砂可能性增加。 2、建立生產(chǎn)壓差的方式 緩慢建壓,井壁處壓力分布曲線較平緩,壓力梯度小,對(duì)巖石結(jié)構(gòu)的影響較小。 突然建壓,壓力梯度大,容易破壞巖石結(jié)構(gòu),引起出砂。,保護(hù)油氣層的防

10、砂完井技術(shù)割縫襯管,一、縫眼功能:沿襯管軸線的平行方向割成多條縫眼。一方面允許一部分具有一定尺寸的“細(xì)紗”通過,另一方面將較大尺寸的砂粒阻擋在襯管之外,形成“砂橋”。 二、縫眼形狀:梯形,較小底邊的尺寸稱為縫口寬度。 三、縫口寬度: e2d10 e 縫口寬度,mm; d10 累計(jì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑,mm,保護(hù)油氣層的防砂完井技術(shù)割縫襯管,四、縫眼數(shù)量: 縫眼開口總面積 2(襯管外表面積) 縫眼長(zhǎng)度 50300mm 縫眼數(shù)量:n = (a F)/(e l) 式中:n 縫眼數(shù)量 a 縫眼總面積占襯管外表面積的百分?jǐn)?shù) (2) F 襯管外表面積,(mm)2 e 縫口寬度,mm l 縫眼長(zhǎng)

11、度,mm,割縫襯管示意圖,割縫襯管 襯管外所形成的砂橋,割縫襯管完井示意圖,割縫襯管完井,懸掛割縫襯管完井,保護(hù)油氣層的防砂完井技術(shù)礫石充填完井,是一項(xiàng)用于防砂的完井方式。 先將繞絲篩管下入油層部位,再用充填液將礫石泵送到繞絲篩管與井眼(或套管)之間的環(huán)空內(nèi),形成礫石充填層。,保護(hù)油氣層的防砂完井技術(shù)礫石充填完井,一、礫石質(zhì)量 1、礫石粒徑:Dg = (56) d50 Dg礫石直徑,mm d50 油層砂粒的粒度中值 2、礫石尺寸合格程度: 大于要求尺寸的礫石質(zhì)量不得超過砂樣總質(zhì)量的0.1% 小于要求尺寸的礫石質(zhì)量不得超過砂樣總質(zhì)量的2.0% 3、礫石圓度和球度:球度0.6;球度0.6 4、礫石

12、酸溶度: 在標(biāo)準(zhǔn)土酸中,溶解質(zhì)量百分?jǐn)?shù)1,圓度和球度,標(biāo)準(zhǔn)圓度,球度目測(cè)圖,保護(hù)油氣層的防砂完井技術(shù)礫石充填完井,二、礫石充填液對(duì)油氣層的影響及其保護(hù)技術(shù) 充填液:將礫石攜至篩管與井壁(或套管)之間環(huán)空的工作流體。 在正壓差下,充填液有可能侵入儲(chǔ)層,因此對(duì)其性能有如下要求: 攜砂能力強(qiáng)(粘度適當(dāng),500700mPa.s) 懸浮能力強(qiáng) 在加入某種添加劑或受溫度影響可自動(dòng)降粘稀釋 無固相顆粒,對(duì)油層損害小 與儲(chǔ)層巖石、流體配伍 來源廣,配制簡(jiǎn)便,可回收再利用 目前國(guó)內(nèi)外主要采用的水基聚合物:甲叉基聚丙烯酰胺凝膠、羥乙基纖維素與鋯金屬離子交聯(lián)凝膠等,完井過程保護(hù)油氣層技術(shù)小 結(jié),根據(jù)所選擇的完井方式

13、采取相應(yīng)的油氣層保護(hù)措施; 首先根據(jù)地層情況選擇適合的完井方式; 各種完井液的優(yōu)化設(shè)計(jì)是保護(hù)油氣層的技術(shù)關(guān)鍵(尤其對(duì)于裸眼完井)。,油田開發(fā)生產(chǎn)過程中的油氣層保護(hù)技術(shù),中國(guó)石油大學(xué)(北京) 2009年11月,采油過程中油氣層損害的特點(diǎn),油氣層發(fā)生動(dòng)態(tài)變化 儲(chǔ)集空間內(nèi)油、氣、水重新分布(注水過程) 潤(rùn)濕性改變 溫度、壓力改變 損害周期長(zhǎng) 損害波及的范圍寬 更具復(fù)雜性和疊加性(作業(yè)次數(shù)比鉆井、完井多),采油過程中的主要損害機(jī)理,采油工作制度欠合理(生產(chǎn)壓差過大、開采速率過高)會(huì)導(dǎo)致: 應(yīng)力敏感損害 微粒運(yùn)移 出砂 底水錐進(jìn)或邊水指進(jìn),生產(chǎn)井過早產(chǎn)水 結(jié)無機(jī)垢(注入水與地層流體不配伍、壓力降低) 結(jié)

14、有機(jī)垢(溫度、壓力、原油組成發(fā)生變化) 原油脫氣(隨壓力降低)使Kro降低。,采油過程中保護(hù)儲(chǔ)層技術(shù)措施,建立合理的工作制度(生產(chǎn)壓差、采油速率的確定) 保持能量開采(在原油飽和壓力以上) 針對(duì)不同儲(chǔ)層采取相應(yīng)預(yù)防措施 低滲油氣藏保持能量開采,避免氣鎖、液鎖和乳化堵塞,防止出現(xiàn)多相流 中、高滲疏松砂巖選擇合理生產(chǎn)壓差和采取有效的防砂措施 碳酸鹽巖油氣藏防CaCO3垢 稠油油藏防有機(jī)垢生成,采油過程中解除損害的方法,適當(dāng)控制生產(chǎn)壓差及限產(chǎn) 采用熱洗、酸洗除垢 采用各種物理方法(磁化、超聲波、震蕩等)解堵 采取增產(chǎn)措施(壓裂、酸化),注水過程油氣層保護(hù)技術(shù),主要損害原因:水質(zhì)問題 一、注入水與儲(chǔ)層

15、巖石不配伍 粘土礦物水化膨脹、分散、運(yùn)移(低于地層水礦化度) 微粒運(yùn)移(注水速率過高) 機(jī)械雜質(zhì)(濃度、顆粒尺寸) 巖石表面的潤(rùn)濕性改變(含陽離子表活劑) 二、注入水與儲(chǔ)層流體不配伍 無機(jī)垢和有機(jī)垢(離子類型及濃度、pH值、溫度與壓力變化) 與原油生成乳狀液(注入水中固體微粒具有乳化劑作用) 細(xì)菌堵塞(硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細(xì)菌),注水引起的儲(chǔ)層損害類型,注水過程油氣層保護(hù)措施,一、建立合理的工作制度:控制注水速率Vc 二、建立水質(zhì)保障體系(溶于水中的無機(jī)鹽、有機(jī)質(zhì)、氣體及含量;水中懸浮物含量及粒度分布) 三、正確選擇各類處理劑(防膨劑、破乳劑、殺菌劑、防垢劑、緩蝕劑、除氧劑等),增產(chǎn)作業(yè)(

16、酸化)中的保護(hù)油氣層技術(shù),酸化作業(yè)中的油氣層損害 一、酸液與儲(chǔ)層巖石不配伍 微粒運(yùn)移 二次礦物沉淀 二、酸液與儲(chǔ)層流體不配伍 與原油不配伍(形成酸渣) 與地層水不配伍 HF與石英、粘土礦物等反應(yīng),生成氟硅酸和氟鋁酸。然后與地層中的Na+反應(yīng)生成氟硅酸鈉和氟鋁酸鈉沉淀。 2Na+ + H2SiF6 Na2SiF6+ 2H+ 3Na+ + H2AlF6 Na3AlF6+ 3H+,增產(chǎn)作業(yè)(酸化)中的保護(hù)油氣層技術(shù),酸化作業(yè)中的油氣層損害 三、不合理施工造成的損害 鐵銹進(jìn)入儲(chǔ)層 Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O 當(dāng)pH值回升時(shí), Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3 酸液反

17、排不及時(shí) Ca2+ + CO2 + H2O = CaCO3+ 2H+(酸化產(chǎn)生的過剩Ca2+與地層中的CO2發(fā)生反應(yīng),生成CaCO3垢)。,酸液中常用的添加劑,粘土穩(wěn)定劑聚季胺鹽類 助排劑陰/非離子表活劑,可降低酸液表面張力,調(diào)整巖石潤(rùn)濕性,促使酸液反排。 絡(luò)合劑EDTA等,用于抑制Fe3+、Ca2+、Mg2+等生成沉淀。 還原劑羥胺絡(luò)合物等,用于將Fe3+還原為Fe2+,以防止Fe(OH)3生成。 表活劑防止酸液與原油發(fā)生乳化,降低界面張力,加速發(fā)排,防止酸渣生成。 緩濕劑防止生成鐵銹 互溶劑乙二醇單丁謎等,清除巖石表面親油物質(zhì),保持親水性。 選擇依據(jù):必須與儲(chǔ)層相配伍、效果及成本等。,增產(chǎn)

18、作業(yè)(酸化)中的保護(hù)油氣層技術(shù),酸化作業(yè)中的油氣層保護(hù)措施 一、選用與儲(chǔ)層巖石和流體相配伍的酸液和添加劑,增產(chǎn)作業(yè)(酸化)中的保護(hù)油氣層技術(shù),酸化作業(yè)中的油氣層保護(hù)措施 二、使用前置液(通常選用濃度15的HCl) 隔離地層水 防止土酸中的HF與地層接觸生成CaF2 防止與砂巖中的石英等礦物生成Na2SiF6和 Na3AlF6 溶解含含有Ca2+、Mg2+的膠結(jié)物 減少HF殘酸生成乳狀液的可能性 保持酸度,防止Fe(OH)3等沉淀物的生成,增產(chǎn)作業(yè)(酸化)中的保護(hù)油氣層技術(shù),酸化作業(yè)中的油氣層保護(hù)措施 三、使用適宜的酸液濃度和注酸量 濃度過高,會(huì)溶解過量的膠結(jié)物和骨架顆粒,破壞巖石結(jié)構(gòu),增加出砂

19、可能性; 濃度過低,達(dá)不到酸化的目的。 四、及時(shí)排液 如殘酸與儲(chǔ)層解除時(shí)間過長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致Fe(OH)3和Na2SiF6等沉淀生成。,增產(chǎn)作業(yè)(壓裂)中的保護(hù)油氣層技術(shù),壓裂作業(yè)中的油氣層損害: 使用水基壓裂液常引起水敏、酸敏和水鎖損害 機(jī)械雜質(zhì)引起的堵塞 壓裂液與原油不配伍(形成乳狀液) 支撐劑選擇不當(dāng)對(duì)裂縫導(dǎo)流能力造成影響,增產(chǎn)作業(yè)(壓裂)中的保護(hù)油氣層技術(shù),壓裂作業(yè)中的油氣層保護(hù)措施: 一、優(yōu)選壓裂液體系 應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層巖石和流體的性質(zhì)選擇不同的壓裂液,還應(yīng)考慮儲(chǔ)層滲透率、溫度、壓力。 例如:對(duì)水敏性儲(chǔ)層,可使用油基或泡沫壓裂液,并使用防膨劑;對(duì)低孔低滲儲(chǔ)層,可使用無殘?jiān)?、低殘?jiān)鸵追磁诺膲毫岩?/p>

20、,并添加適宜的表活劑。,增產(chǎn)作業(yè)(壓裂)中的保護(hù)油氣層技術(shù),壓裂作業(yè)中的油氣層保護(hù)措施: 二、選擇合適的添加劑:原則(1)與儲(chǔ)層巖石、流體相配伍;(2)添加劑相互配伍;(3)成本可接受。 常用的壓裂液添加劑: pH值調(diào)節(jié)劑 降濾失劑控制壓裂液向油層的濾失 降阻劑聚丙烯酰胺、胍膠等 粘土穩(wěn)定劑聚季胺鹽類等,防止水敏損害,常加入前置液中 破膠劑淀粉酶、過硫酸鹽等 破乳劑選擇適宜的表活劑,防止水基壓裂液與原油發(fā)生乳化。,增產(chǎn)作業(yè)(壓裂)中的保護(hù)油氣層技術(shù),壓裂作業(yè)中的油氣層保護(hù)措施: 三、合理選擇支撐劑 1、支撐劑的強(qiáng)度:必須能承受裂縫的閉合應(yīng)力 閉合應(yīng)力40MPa的地層,選用砂粒作為支撐劑 為40

21、6940MPa的地層,選用中強(qiáng)度支撐劑 69MPa的地層,選用高強(qiáng)度支撐劑 2、粒徑:應(yīng)盡可能均勻,以提高承壓能力及提高填砂縫的滲透性。 3、圓度和球度:盡可能使用圓度、球度好的支撐劑,提高承壓能力,提高采收率作業(yè)中的油氣層保護(hù)技術(shù),注蒸汽采油過程的損害因素分析(多為稠油油藏、膠結(jié)疏松或非固結(jié)的砂巖,一般粘土含量較高) 微粒運(yùn)移 粘土礦物水化膨脹 水熱反應(yīng)(即礦物轉(zhuǎn)化) 例如:在pH9、T250時(shí),高嶺石轉(zhuǎn)化為蒙脫石。Na+ +高嶺石 Na-蒙脫石 H2O + H+ 凝析液與地層水不配伍(乳化或生成沉淀物),注蒸汽采油過程中的儲(chǔ)層保護(hù)措施,控制注汽速率(速率過高導(dǎo)致微粒運(yùn)移、出砂) 控制注入蒸

22、汽的pH值( pH9可控制礦物溶解量及礦物轉(zhuǎn)化) 采取合理的防砂措施(特別稠油油藏) 提高蒸汽的干度 清除蒸汽中的機(jī)械雜質(zhì) 選用必要的添加劑(加入NH4Cl等適當(dāng)降低pH值,以及防膨劑、防垢劑、破乳劑等,化學(xué)驅(qū)油過程中的油氣層保護(hù)技術(shù),化學(xué)驅(qū)包括: 聚合物驅(qū)、 表面活性劑驅(qū) 堿驅(qū) 堿/表活劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū),聚合物驅(qū)油過程中的油氣層損害,聚合物驅(qū)常用的聚合物: (1) PHP (2)生物聚合物 主要作用: 提高水相粘度,降低油水的粘度比,以提高流體波及效率。,聚合物引起油氣層損害的原因,溶解性、分散性差,形成魚眼; 與地層中的Fe3發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成凝膠(當(dāng)Fe3+ 3mg/l 可產(chǎn)生明顯堵塞); 聚合物分子量或注入速率過大; PHP的鹽敏效應(yīng); 高溫下PHP的進(jìn)一步水解,生成聚丙烯酸鈣沉淀(T70 時(shí),Ca2+濃度不可超過200mg/l),注聚過

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