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文檔簡介
石油天然氣工業(yè)完井用地層隔離閥及其相關(guān)工具編制說明(征求意見稿)1項目計劃編號:20240173-T-469。項目名稱:石油天然氣工業(yè)完井用地層隔離閥及其相關(guān)工具。項目性質(zhì):推薦性標準。計劃下達文號:國標委發(fā)【2024】16號。歸口單位信息:全國石油鉆采設(shè)備和工具標準化技術(shù)委員會(SAC/TC96)。起止時間:2024年1月28日至2025年5月28日本標準第一起草單位為中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司。本標準根據(jù)全國石油鉆采設(shè)備和工具標準化技術(shù)委員會國家標準計劃制定,本標準修改采用ISO28781:2010《石油天然氣工業(yè)鉆采設(shè)備地層隔離閥及相關(guān)設(shè)備》。隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展,作業(yè)實效、成本及安全性越來越成為作業(yè)的關(guān)鍵。在完井及修井作業(yè)期間,為了防止井噴、井涌等現(xiàn)象的發(fā)生,要不斷地向井筒內(nèi)灌入完井液,若防漏措施不當,完井液會污染儲層,增加完井成本;若完井液密度和灌入量不夠,油氣井壓井失效,在下入完井管柱時,可能發(fā)生井涌,甚至井噴。地層隔離閥在完井、修井過程中使用既可以防止完井、修井液向地層漏失,又可以在上部井段作業(yè)期間及起下管柱期間隔離地層,作為臨時屏障。當前,國內(nèi)并沒有發(fā)布相關(guān)的完井用地層隔離閥標準或規(guī)范,由于缺乏指引和參考,對于地層隔離閥的設(shè)計、加工制造、檢驗及測試要求等不清晰,使得生產(chǎn)出的地層隔離閥產(chǎn)品可靠性低,導致大部分生產(chǎn)井均未使用油層保護閥,致使儲層污染,同時造成大量完井、修井液浪費,增加作業(yè)成本,尤其對高溫高壓井存在較大的井控風險,因此,應盡快制定完井用地層隔離閥相關(guān)標準,為完井用地層隔離閥的生產(chǎn)、應用提供依據(jù)。本項目擬通過轉(zhuǎn)化國際公認的ISO標準,更好的規(guī)范引導地層隔離閥的設(shè)計、制造、檢驗、測試、儲運、維修維護等,為該類產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供依據(jù),同時與國際標準的接軌,帶動我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)與國際市場接軌,最終推動該產(chǎn)品相關(guān)行業(yè)健康發(fā)展。3.1.1成立起草小組按照標準制、修訂工作程序的要求,我們成立了GB/T××××《石油天然氣工業(yè)完井用地層隔離閥及其相關(guān)工具》標準制定工作小組,工作小組主要成員包括:。3.1.2分工情況本標準由中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司負責ISO標準的翻譯和國家標準的轉(zhuǎn)化工作,中海石油(中國)有限公司天津分公司、中國石化石油工程技術(shù)研究院德州大陸架石油工程2技術(shù)有限公司、中國石油化工股份有限公司西北油田分公司、中國石油集團工程技術(shù)研究院有限公司、寶雞市元亨石油設(shè)備有限責任公司參加起草。3.1.3調(diào)查研究過程2023年,中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司翻譯了ISO28781:2010《石油天然氣工業(yè)鉆采設(shè)備地層隔離閥及相關(guān)設(shè)備》(英文版對ISO28781:2010標準進行認真研究并評估其技術(shù)內(nèi)容,考慮其技術(shù)內(nèi)容對國內(nèi)相關(guān)設(shè)備的具體生產(chǎn)適用情況,經(jīng)認真評估后,確認ISO28781:2010在我國基本適用,但需要根據(jù)具體情況進行部分的修改,主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)性差異和編輯性改動方面,最終確認可修改采用ISO28781:2010。同年,申報了國家標準。2024年1月下達了標準制定計劃,開啟了標準的起草程序,簡要起草過程如下:1)2024年1月~2024年8月,中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司負責將ISO28781:2010《石油天然氣工業(yè)鉆采設(shè)備地層隔離閥及相關(guān)設(shè)備》翻譯初稿進行了逐字逐句的推敲,完成本標準ISO標準的校對稿。2)2024年9月~2024年10月,為了確保翻譯的準確性、通順性,本標準主起草人主要針對翻譯稿的翻譯準確性、術(shù)語正確性等,對ISO28781:2010標準的翻譯稿進一步修改完善。3.1.4試驗驗證過程2024年1月~2024年8月,進行了標準的試驗驗證工作。3.1.5編制征求意見稿2024年11月,按照國標GB/T1.1—2020和GB/T1.2—2020的規(guī)定,編制本標準草案稿,并對有關(guān)內(nèi)容進行了修改、完善,形成了本標準國家標準征求意見稿,編制了國家標準征求意見稿編制說明。在起草階段工作基礎(chǔ)上,由負責起草單位提出標準草案征求意見稿及編制說明。于2024年12月向全國石油鉆采設(shè)備和工具標準化技術(shù)委員會、設(shè)計、生產(chǎn)、試驗和使用單位發(fā)送了電子文件征求意見稿及編制說明,并在網(wǎng)上公開征求意見。本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分:標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件修改采用ISO28781:2010《石油天然氣工業(yè)鉆采設(shè)備地層隔離閥及相關(guān)設(shè)備》。本標準適用范圍:規(guī)定了用于石油和天然氣工業(yè)的完井用地層隔離閥及相關(guān)工具的設(shè)計開發(fā)、設(shè)計驗證、制造、功能評估、維修、維護、搬運和儲存等。本標準的主要技術(shù)指標包括:1)功能要求規(guī)定了地層隔離閥及其配套開關(guān)工具的功能要求主要包括產(chǎn)品類型要求、設(shè)計驗證等級要求、產(chǎn)品質(zhì)量等級要求、產(chǎn)品功能特性要求、產(chǎn)品對于井參數(shù)、操作參數(shù)、環(huán)境兼容性以及相關(guān)油井設(shè)3備兼容性的要求2)技術(shù)規(guī)范規(guī)定了地層隔離閥及其配套開關(guān)工具的技術(shù)規(guī)范主要包括產(chǎn)品設(shè)計要求、金屬和非金屬的材質(zhì)要求、設(shè)計驗證要求、設(shè)計確認要求、設(shè)計變更要求、加工制造要求、產(chǎn)品檢驗檢測要求、組裝與測試要求、產(chǎn)品儲運要求以及產(chǎn)品維修、維護要求。3)供應商(制造商)要求規(guī)定了產(chǎn)品供應商(制造商)對于產(chǎn)品加工制造的要求,主要包括產(chǎn)品操作手冊要求、產(chǎn)品標識、檢驗檢測要求、組裝與測試要求以及加工制造過程中的可追溯性要求。4)產(chǎn)品儲運要求規(guī)定了地層隔離閥及其配套開關(guān)工具搬運、儲存和運輸?shù)囊蟆?)維修/維護規(guī)定了產(chǎn)品的維修和維護的要求。本標準與ISO28781:2010的技術(shù)性差異及原因如下:1)為了更加適應我國的技術(shù)條件,本文件對于規(guī)范性引用文件做了具有技術(shù)性差異的調(diào)整,具體調(diào)整如下:用修改采用的國家標準GB/T230(所有部分)代替了ISO6508(allparts),用修改采用的國家標準GB/T231(所有部分)代替了ISO6506(allparts),用等同采用的國家標準GB/T2828.1代替了ISO2859-1,用修改采用的國家標準GB/T3452.1代替了ISO3601-1,用等同采用的國家標準GB/T3452.2代替了ISO3601-3,用修改采用的國家標準GB/T9445代替了ISO9712,用等同采用的國家標準GB/T16783.1代替了ISO10414-1,用等同采用的國家標準GB/T19000代替了ISO9000,用等同采用的國家標準GB/T33362代替了ISO18265,增加了行業(yè)標準NB/T47013.2-5,增加了標準ASTME94、ASTME709;2)為確保密封的可靠性,更加符合產(chǎn)品加工、制造以及使用的實際情況,在標準中5.1.2.3處增加了地層隔離閥零部件互換性的限制;3)為了增加V3等級產(chǎn)品隔離密封的可靠性,在標準中附錄C.3.2.3.2增加了V3等級設(shè)計驗證程序和驗收標準中的“隔離機構(gòu)密封測試”內(nèi)容;4)為了國內(nèi)打壓裝置的儀表顯示,將標準中附錄C4.4.2、附錄D3.4和附錄G.2中的壓力單位kPa改為國內(nèi)常用單位MPa,同時考慮到打壓裝置的精度,將低壓單位由kPa變?yōu)镸Pa后,數(shù)值保留小數(shù)點后1位,如:壓力1378kPa±138kPa變更為1.4MPa±0.1MPa。3.本標準對ISO28781:2010本標準對ISO28781:2010《石油天然氣工業(yè)鉆采設(shè)備地層隔離閥及相關(guān)設(shè)備》做了下列編輯性修改:1)為了更加精細地說明了地層隔離閥及其配套工具的應用范圍,將文件名稱由《石油天然氣工業(yè)鉆采設(shè)備地層隔離閥及相關(guān)設(shè)備》改為《石油天然氣工業(yè)完井用地層隔離閥及相關(guān)工具》;42)為避免與APISpecQ1“石油天然氣行業(yè)制造企業(yè)質(zhì)量管理體系規(guī)范”、APISpecQ2“石油天然氣行業(yè)服務組織質(zhì)量管理體系規(guī)范”發(fā)生字母重疊,將質(zhì)量等級Q1、Q2修改為QL1、QL2;3)本標準與ISO28781:2010相比,在結(jié)構(gòu)上有較多調(diào)整,為更加清晰展示兩個標準的結(jié)構(gòu)差異,增加了附錄A(資料性)“本文件與ISO28781:2010結(jié)構(gòu)編號對照一覽表”;4)為方便標準使用者更加清晰地理解產(chǎn)品結(jié)構(gòu),在標準B.4處增加了A型、AA型、B型、BB型、C型和CC型地層隔離閥結(jié)構(gòu)示意圖。CC型地層隔離閥可雙向承壓,隔離密封測試可從上、下兩個方向測試,同時可多次開關(guān),該類產(chǎn)品功能可覆蓋其他類型的隔離閥,因此以該類型產(chǎn)品為例進行測試更具有代表性。以球閥式地層隔離閥(CC型)為例,參照本標準產(chǎn)品測試的規(guī)范對該工具進行本體完成性測試(包括本體密封測試和抗拉能力測試)、功能測試、隔離密封測試、開關(guān)操作測試、通徑能力測試、壓差開啟功能測試、氣密封測試、碎屑沉降條件下的功能測試和泥漿流動條件下的關(guān)閉測試。通過產(chǎn)品測試驗證標準測試內(nèi)容的合理性。1)本體完整性測試本體完整性測試包括本體承壓能力測試和本體抗拉能力測試。a)承壓能力測試①測試目的在最大額定內(nèi)壓力35MPa時進行靜水力測試,驗證工具本體密封性能。②測試程序i地層隔離閥下端連接試壓堵頭,內(nèi)腔灌滿清水,上端連接試壓接頭;ii將打壓管線連接在試壓接頭上,打壓5MPa,穩(wěn)壓2min,泄壓,排出系統(tǒng)中空氣;iii分別打壓10MPa、20MPa、35MPa,在壓力穩(wěn)定后,每個階段穩(wěn)壓至少10min;記錄壓力值。③測試結(jié)果本體密封測試結(jié)果如圖1所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)可知,各階段穩(wěn)壓后最大壓降為0.46%,小于規(guī)范中要求的0.5%,且各階段均未見可見泄漏,本體密封測試合格,驗證了該技術(shù)指標的可行性。5圖1地層隔離閥本體密封測試結(jié)果b)本體抗拉能力測試①測試目的測試工具整體抗拉能力。②測試過程在室溫下,本體上下兩端分別連接上變扣接頭、下變扣接頭并固定拉拔架上。分別緩慢加軸向載荷250kN、500kN、750kN、1000kN,每個階段穩(wěn)15min,記錄載荷變化。③測試結(jié)果本體施加軸向載荷拉伸,如圖2所示,卸載后無可見損傷,產(chǎn)品符合設(shè)計要,驗證了該技術(shù)指標的可行性。圖2工具抗拉測試2)隔離密封測試a)測試目的測試閥體在關(guān)閉狀態(tài)下上、下部密封性能。b)測試程序①上腔密封測試保持球閥處于關(guān)閉狀態(tài),工具上部連接打壓接頭,注水打壓1.4MPa、35MPa在壓力穩(wěn)定后,保持至少10min,觀察并記錄泄漏量。②下腔密封測試保持球閥處于關(guān)閉狀態(tài),工具下部連接打壓接頭,注水打壓1.4MPa、35MPa在壓力穩(wěn)定后,保6持至少10min,觀察并記錄泄漏量。③測試結(jié)果加壓1.4MPa和35Mpa(額定壓力),均保壓10min,測試結(jié)果如圖3所示,由測試結(jié)果可知,工具泄漏量為0,壓力測試合格,驗證了該技術(shù)指標的可行性。(a)上腔密封測試(b)下腔密封測試圖3上、下腔隔離密封測試3)開關(guān)功能測試a)測試目的測試專用開關(guān)工具開關(guān)球閥功能。b)測試過程保持球閥處于關(guān)閉狀態(tài),將地層隔離閥放入設(shè)備的夾持端,勿夾在球閥外筒上。利用專用開關(guān)工具對地層隔離閥分別進行6次打開和關(guān)閉試驗,觀察下壓開關(guān)工具時球閥是否開啟,上提開關(guān)工具時球閥是否關(guān)閉。c)測試結(jié)果機械開關(guān)測試如圖4所示,如通過上提/下壓開關(guān)工具,閥能實現(xiàn)關(guān)閉/開啟功能,機械開關(guān)測試合格,試驗數(shù)據(jù)記錄見表1。由測試結(jié)果可知,產(chǎn)品開關(guān)操作功能測試滿足要求,驗證了該技術(shù)指標的可行性。圖4開關(guān)操作功能測試表1地層隔離閥開關(guān)操作測試結(jié)果匯總表測試內(nèi)容測試次數(shù)測試結(jié)果下壓開關(guān)工具1球閥是否打開2球閥是否打開3球閥是否打開4球閥是否打開5球閥是否打開6球閥是否打開7上提開關(guān)工具1球閥是否關(guān)閉2球閥是否關(guān)閉3球閥是否關(guān)閉4球閥是否關(guān)閉5球閥是否關(guān)閉6球閥是否關(guān)閉4)通徑測試a)測試目的此項測試主要是檢測地層隔離閥在打開狀態(tài)下的通過能力。每一規(guī)格的閥均有唯一的通徑規(guī)。b)測試過程①準備合格的拉力計,檢查通徑規(guī)的尺寸,測量通徑規(guī)的重量。②將地層隔離閥水平放置,閥處于打開狀態(tài)。③將通徑規(guī)放入地層隔離閥中,使用拉力計緩慢拉通徑規(guī),使通徑規(guī)完全穿過地層隔離閥,如圖5所示,兩個方向均需進行此項操作。記錄通徑規(guī)通過閥體的最大拉力值,拉力值不超過通徑規(guī)的重量視為合格。圖5地層隔離閥通徑測試c)測試結(jié)果通過測試可知,通徑規(guī)通過閥的過程中未引起閥關(guān)閉動作,從上下兩個方向的通過閥的最大拉力為50N、75N小于通徑規(guī)的重量(152N合格,驗證了該技術(shù)指標的可行性。5)壓差開啟測試a)測試目的測試球閥在有壓差環(huán)境下開啟球閥的功能。b)測試過程①上部壓差開啟測試工具連接好試驗工裝,保證工具上部與開關(guān)工具密封,在試驗工裝上部安裝定壓泄壓閥,保證開關(guān)工具下壓時工具上腔內(nèi)液體可以排出,球閥處于關(guān)閉狀態(tài),從上部打壓接頭打壓5MPa,穩(wěn)壓5min壓力不降后,下壓開關(guān)工具,觀察球閥是否打開。②下部壓差開啟測試球閥處于關(guān)閉狀態(tài),從下部打壓接頭打壓5MPa,穩(wěn)壓5min壓力不降后,下壓開關(guān)工具,觀察球閥是否打開;球閥正常打開后,再上提開關(guān)工具,觀察球閥是否關(guān)閉。8c)測試結(jié)果壓差開啟測試結(jié)果如圖6所示,通過試驗可知,工具在5MPa壓差下,可以通過開關(guān)工具打開球閥,驗證了該技術(shù)指標的可行性。圖6地層隔離閥壓差開啟測試6)氣密封測試a)測試目的測試地層隔離閥氣密封性是否滿足要求。b)測試過程將地層隔離閥上、下端連接打壓接頭,通過測試設(shè)備進行氣泡數(shù)采集,如圖7所示。圖7地層隔離閥氣密封測試示意圖1上部密封測試保持球閥關(guān)閉狀態(tài),上端連接打壓接頭,向上部沖入氣體,打壓觀察是否有可見泄漏并收集泄漏氣體的體積。打壓200psi×10min,觀察是否有泄漏,收集氣體泄漏量;打壓2500psi×10min,觀察是否有泄漏,收集氣體泄漏量;打壓5000psi×10min,觀察是否有泄漏,收集氣體泄漏量。2下部密封測試保持球閥關(guān)閉狀態(tài),下端連接打壓接頭,向下部沖入氣體,打壓觀察是否有可見泄漏并收集泄漏氣體的體積。打壓200psi×10min,觀察是否有泄漏,收集氣體泄漏量;打壓2500psi×10min,觀察是否有泄漏,收集氣體泄漏量;打壓5000psi×10min,觀察是否有泄漏,收集氣體泄漏量。c)測試結(jié)果9地層隔離閥上、下部氣密封測試結(jié)果如圖8、圖9所示,通過測試可知,工具上、下端在5000psi壓力下的氣密封測試合格,驗證了該技術(shù)指標的可行性。1上部密封測試上部打壓2MPa×11min,無壓降且無氣泡;上部打壓17.6MPa×24min,壓力變?yōu)?7.5MPa,無氣泡產(chǎn)生;上部打壓35.6MPa×16min,壓力變?yōu)?5.4MPa,無氣泡產(chǎn)生。圖8地層隔離閥上部測試曲線2下部密封測試下部打壓1.3MPa×15min,無壓降且無氣泡;下部打壓16.8MPa×12min,壓力變?yōu)?6.7MPa,無氣泡產(chǎn)生;下部打壓35.6MPa×16min,壓力變?yōu)?5.4MPa,無氣泡產(chǎn)生。圖9地層隔離閥下部測試曲線7)碎屑沉降條件下的功能測試和泥漿流動條件下的關(guān)閉測試a)測試目的通過模擬地層隔離閥井下使用工況,驗證工具是否滿足海上作業(yè)要求。具體包括:①驗證工具在碎屑沉積條件下開關(guān)及密封性能是否滿足作業(yè)要求。②驗證工具在泥漿流動件下開關(guān)及密封性能是否滿足作業(yè)要求。b)基本井況試驗井的基本數(shù)據(jù)如表2所示,井身結(jié)構(gòu)如圖10所示。表2試驗井簡介井名井別井型完井方式完井井深JJSY-1試驗井直井套管完井2120m圖10JJSY-1井身結(jié)構(gòu)c)測試情況①測試方案地層隔離閥測試方案如圖11所示。圖11球閥式地層隔離閥測試方案簡圖本試驗的管柱組合(由下至上外層管柱:5-1/2”套管節(jié)箍+地層隔離閥+變扣(7”BTCB×5-1/2”LTCP)+7”套管1根+變扣(9-5/8”BTCB×7”BTCP)+9-5/8”套管18根內(nèi)層管柱:隔離閥開關(guān)工具+2-7/8”油管2根+變扣(410×2-7/8”EUP)+5”鉆桿地層隔離閥通過9-5/8”套管固定在法蘭上,開關(guān)工具上端連接5”鉆桿,開關(guān)工具下壓打開球閥,上提關(guān)閉閥體,關(guān)閉閥體后,關(guān)防噴器抱死鉆桿,鉆桿內(nèi)打壓測試閥體上部密封;環(huán)空打壓,測試閥體下部密封。②測試步驟i)物料準備,組下地層隔離閥,如圖12所示。地層隔離閥井下試驗主要物料準備如表3所示。表3地層隔離閥試驗主要工具清單序號名稱規(guī)格數(shù)量1套管節(jié)箍扣型5-1/2”LTCB×B2地層隔離閥9-5/8”套管用,扣型5-1/2”LTCB×P3變扣扣型7”BTCB×5-1/2”LTCP4變扣9-5/8”BTCB×7”LTCP5開關(guān)工具扣型2-7/8”EUB6油管2-7/8”,扣型2-7/8”EUB×P2根7變扣扣型410×2-7/8”EUB8砂礫20-40目,粒徑范圍420μm-850μm80L管柱組合:5-1/2”套管節(jié)箍+地層隔離閥+變扣(7”BTCB×5-1/2”LTCP)+7”套管*1+變扣(9-5/8”BTCB×7”BTCP)+9-5/8”套管*18圖12地層隔離閥工具下入圖ii)安裝井口、防噴器。iii)組下隔離閥開關(guān)服務管柱,如圖13所示。鉆具組合:隔離閥開關(guān)工具(2-7/8”EUB)+2-7/8”EU油管×2+變扣(410×2-7/8”EUP)+5”鉆桿×8柱。圖13隔離閥開關(guān)工具下入圖iv)地層隔離閥開關(guān)及密封測試。管柱到位前,測上提下放懸重,上提28T,下放28T。上提至關(guān)閉位置,關(guān)閉力2T,閥體關(guān)閉后正向加壓1000psi×10min,壓力不降,如圖14所示;下放至開啟位置,開啟力1T,打開閥,關(guān)BOP,在打開位置正向循環(huán),灌注泵頂替,環(huán)空見返出。圖14地層隔離閥密封測試壓力圖v)碎屑沉積條件下的功能測試。上提至隔離閥關(guān)閉位置,倒入碎屑40L(此時碎屑沉積高度3.4m,達到工具上端面如圖12所示,沉降12h。正向加壓1000psi×10min,壓力不降,如圖12所示;正循環(huán)沖砂0.6m3/min×20min,無砂礫返出;循環(huán)排量增至1.2m3/min,有砂礫返出,泥漿泵正循環(huán)排量增至1.5m3/min,返砂量明顯增多,在此排量下循環(huán)20min后下放服務管柱,閥體正常打開,服務管柱可正常通過隔離閥,正循環(huán)沖砂0.6m3/min×10min;上提服務管柱,閥體正常關(guān)閉,球閥關(guān)閉后正向加壓1000psi×10min,壓力不降。重新向工具內(nèi)倒入碎屑,沉降12h,重復上述測試過程。經(jīng)測試,下壓開關(guān)工具,閥體正常打開,服務管柱可正常通過隔離閥;上提開關(guān)工具,閥體正常關(guān)閉,閥體關(guān)閉后正向加壓1000psi×10min,壓力不降。vi)泥漿流動條件下的關(guān)閉測試下放服務管柱至打開位置,開泵正循環(huán)將排量提至設(shè)計排量1.5m3/min,在該排量下保持60min,在該排量下上提服務管柱關(guān)閉隔離閥,閥體關(guān)閉后正向加壓1000psi×10min,壓力不降,下放服務管柱至打開位置,打開力1.2T。重復上述過程,經(jīng)測試,隔離閥在1.5m3/min循環(huán)排量下可正常關(guān)閉,再次打開球閥,打開力1T。vii)試驗結(jié)束后,拆甩開關(guān)服務管柱,起出地層隔離閥,如圖15所示。圖15地層隔離閥及其配套開關(guān)工具出井圖c)測試結(jié)果通過對地層隔離閥碎屑沉降條件下的功能測試和泥漿流動條件下的關(guān)閉測試,驗證了地層隔離閥在碎屑沉降條件下的可順利打開,其開關(guān)和密封功能滿足設(shè)計要求;在液體流動條件下可順利關(guān)閉球閥,其開關(guān)和密封性能滿足設(shè)計要求。通過本標準的實施運行,可有效提高完井用地層隔離閥
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