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1/9ANUARIO de la Sociedad Cubana de Geologa, No1, 2013, pgs. , ISSN 2310-0060

METODOLOGIA PARA EL ANLISIS DEL RIESGO PETROLERO Y TOMA DE DECISIONES.CASO DE ESTUDIO FRANJA NORTE DE CRUDOS PESADOS, SECTOR GUANABO-SEBORUCO, CUBA

JULIO ERNESTO GMEZ HERRERA1y OSVALDO RODRGUEZ MORN2

Centro de Investigaciones y Desarrollo del Petrleo (CEINPET)Churruca No.481 e/ Va Blanca y Washington, Cerro, La Habana 12000, Cuba.

Correo: (1) [email protected], (2) [email protected].

RESUMEN

Por ms de 10 aos, en la organizacin petrolera CEINPET se han realizado evaluaciones de riesgo y de reservas para la exploracinsin embargo, no han estado a la altura de la compleja problemtica de la geologa del pas. En el presente trabajo se estudiarondiversos procedimientos de evaluacin, ms antiguos y recientes, y se confeccion una nueva metodologa para evaluar los sistemaspetroleros, plays, prospectos y leads, mediante novedosas formalizaciones de los factores de control geolgico (roca madremigracin, reservorio, trampa, sincrona, sello, preservacin y recuperacin). Se elaboraron conceptos para medir el grado del riesgogeolgico en la exploracin petrolera y cuantificar el potencial gasopetrolfero de los recursos recuperables utilizando la simulacinde Monte Carlo. Se cre una estrategia de trabajo que utiliza herramientas de anlisis de decisin multicriterio, componentes

de lgica difusa, algoritmos de sistemas de expertos y simulacin probabilstica. Se instrument un sistema automatizado declculo para ayudar al experto a procesar la informacin y proporcionarle elementos para la toma de decisiones, con mayor rigocientfico en los criterios geolgicos y econmicos. Con la utilizacin de algoritmos de incertidumbre se logr combinar ms de 20atributos, lo que facilit evaluar factores de control geolgico, imposibles de calcular anteriormente. La representacin espacial ygeoreferenciada de los mapas de playy bases de datos asociadas fueron implementadas en Sistemas de Informacin Geogrficos(SIG). Esta metodologa se valid en el Sistema Petrolero Grupo Veloz, en el play de carbonatos de aguas profundas, UTE Placetas yCamajuan, en el prospecto Guanabo.

ABSTRACT

For more than ten years the Center for Petroleum Research (CEINPET by its Spanish spelling) has been conducting oil prospectingassessments under risk and probabilities of finding scenarios. However, this has not kept pace with the complexity of the Cuban sogeology. For this reason here we explore recent and past assessment procedures and propose a new methodology to evaluate the

prospecting scenarios taking into account oil systems, plays, prospects and leads. It represents a new standard for the identificationof geological factors controlling the existence of host rocks, migration, reservoirs, traps, synchrony, seal, preservation, and recoveryConcepts are proposed to measure the degree of risk in oil exploration, and to quantify the oil and gas potentials of recoverythrough Monte Carlo simulation. A work strategy using multi-criteria analysis, fuzzy-logic components, expert-system algorithmsand probabilistic simulation is developed. An automatic calculation system to help experts during in the process of the availableinformation provides clues for decision-making with a greater scientific rigor based on geological and economic criteria. Throughuncertainty algorithms were combined over 20 attributes to assess certain geological control factors previously impossible tocalculate. Spatial representation as well as a play and map geo-referenced database were implemented in GIS. This methodologywas validated for the Veloz Group Oil System, and the deep-water carbonate play, within the Placetas and Camajuan belts in theGuanabo prospect.

Anuario de la Sociedad Cubana de Geologa, No 1, 2013, pgs. 23-31, ISSN 2310-0060

23Sociedad Cubana de Geologa, 2013.



INTRODUCCIN

En la presente investigacin se propone una metodologa paracuantificar el grado del riesgo geolgico en la exploracinpetrolera, reducir su incertidumbre y mejorar la toma dedecisiones con su consecuente impacto econmico. Se analiza

el riesgo en la industria petrolera desde una doble perspectiva,geolgica y econmica. La logstica de la produccin, el impactoambiental, la poltica financiera, el factor humano y otrosaspectos ligados a la economa, no se analizan en profundidadpor la complejidad que presentan y sobrepasan los objetivos dela investigacin.

Como la geologa es una ciencia poco formalizada, en elproceso de valoracin de riesgo han sido de utilidad el usodedescripciones cualitativas generales o conceptos lingsticospropios del lenguaje difuso, para determinar la probabilidad deocurrencia de determinado evento.

A lo largo de la historia de la prospeccin petrolera en Cuba se

afrontan diferentes problemas en la toma de decisiones comopor ejemplo:

El hecho real de ser la geologa una ciencia poco formalizada. Ser la geologa de Cuba de gran complejidad. El subjetivismo por criterios personales. La abrumadora prevalencia de la ciencia sobre la economa

o viceversa.

El primer inconveniente no se modificar, pues es parte de larealidad objetiva, sin embargo, el segundo inconveniente seposibilita mejorarlo sensiblemente, a partir del aumento delgrado de estudio. En cuanto a los dos ltimos inconvenientes, secombaten, encausando las opiniones y conclusiones subjetivas

a trminos de probabilidades que reflejen las complejas leyes dela naturaleza para la acumulacin de hidrocarburos.

La historia de la exploracin petrolera en Cuba se divide en 3etapas fundamentales; (1) Etapa desde 1881 a 1958, (2) Etapadesde 1959 a 1990 y (3) Etapa desde 1991 a la actualidad.

Etapa desde 1881 hasta 1958Existieron muchos criterios contradictorios, sobre el potencialy los riesgos que presenta la geologa cubana, producto deldesconocimiento geolgico del momento. Predomina laproduccin somera en rocas ofiolticas. Posterior a 1930, conel advenimiento de la Segunda Guerra Mundial, se realizanuna serie de levantamientos geolgicos y ssmicos, ms la

perforacin cercana en los yacimientos conocidos, aumentandola produccin de hidrocarburos. Los criterios econmicosprimaron sobre los cientficos. Se caracteriz, por ser unperiodo donde la exploracin era asumida por compaasprivadas cubanas y extranjeras principalmente de los EstadosUnidos.

Etapa desde 1959 hasta 1990Caracterizada por el advenimiento de la Revolucin Cubana.El estado asume la totalidad de la exploracin. Se extiende ymejora el grado de estudio geolgico del territorio cubano,

mediante la colaboracin a gran escala con la Unin Sovitica ypases del campo socialista.

Se confecciona el mapa geolgico de Cuba en escala 1:500,000con ms elementos dinmicos y estructurales. El serviciode la geofsica no fue muy eficiente sobre todo en la ssmica

Predomina la produccin somera en el complejo vulcangenosedimentario. Se desarrolla la teora del anlisis y decisin deriesgo en los Estados Unidos y numerosos conocimientos denaturaleza matemtica, econmica, geoestadstica y mediosde cmputo. Se desarrollan conceptos para el estudio delos Sistemas Petroleros. Se comienzan a realizar complejasinvestigaciones geofsicas, geoqumicas, de generacinmigracin, conservacin y acumulacin de hidrocarburosregionales y la perforacin paramtrica planificada. En Cuba nose aplicaron ampliamente las anteriores teoras, sin embargose incrementaron los mtodos tradicionales. Los criterioscientficos primaron sobre los econmicos.

Etapa desde 1990 hasta la actualidad

Se caracteriza por ser un perodo donde la exploracin esasumida en forma mixta, entre compaas extranjeras y la cubanaCUPET (joint venture). Se introducen tecnologas de punta en laexploracin como la adquisicin ssmica 3D y procesamientoen atributos, sofisticados complejos de registros de geofsicade pozo, perforacin horizontal que incrementa grandementelos volmenes productivos. Se aplica la teora del anlisis dedecisin y riesgo y la teora de los sistemas petroleros. Loscriterios econmicos adquieren un gran peso frente a loscriterios cientficos.

En el mbito de la Exploracin y Produccin (E&P), lasestimaciones referentes al subsuelo constituyen la preocupacin

de los geocientficos, por la alta ambigedad en la veracidad dela informacin y por el carcter indirecto de su conocimiento(Schulcloper, 1990). Esta forma indirecta de adquirir econocimiento lleva precisamente a considerar las evidenciasgeolgicas como fuente de probabilidad de la presencia dehidrocarburos, reservorios, trampas y otros datos tcnicos. Laprobabilidad de descubrir un objetivo petrolero se define comoel producto de las probabilidades componentes de los factoresgeolgicos, los cuales son independientes unos de los otros. Loscuatro factores ms importantes son; roca madre (P1), reservorio(P2), trampa & sello (P3) y sincrona (P4).

La probabilidad de ocurrencia de eventos es independiente y sedetermina mediante la regla de multiplicacin:

Pfinal = P(1)x: P(2)x: P(3)x: P(4).

La probabilidad es un valor numrico, que da una medidacuantitativa de la posibilidad de que algo ocurra. El riesgosignifica, la probabilidad de que la consecuencia de un eventoincierto afecte positiva o negativamente el desempeo de unaactividad planeada, y la incertidumbre se refiere al rango deposibles valores o dimensiones de ese algo, o sea la situacinen la cual no se conoce completamente la probabilidad de queocurra un determinado evento o un desconocimiento de losparmetros que caracterizan un sistema (Bailey, 2001).

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J. E. Gmez Herrera y O. Rodrguez Morn



Es sumamente importante establecer estndares, con elpropsito de valorar consecuentemente la evaluacin de

las probabilidades de xito (POS), expresado en una medidacualitativa (lingstica) a trminos numricos cuantitativos.(Tablas I, II).

Se cre una estrategia de trabajo que combina la teora dela probabilidad con herramientas de anlisis de decisinmulticriterio, lgica difusa, algoritmos de sistemas de expertos y

simulacin probabilstica en su modalidad de Monte Carlo.

MATERIALES Y MTODOS

Al estudiar diferentes sistemas, software y metodologasexistentes se concluye que todos tienen como principalcaracterstica que se deja a voluntad de los expertos (sinformalizaciones y restricciones), la evaluacin de los parmetrosde control geolgico del prospecto. Por lo anterior se determin,crear una nueva metodologa de anlisis en las siguientesdirecciones principales (Fig. 1):

1. Aumentar en lo posible la cantidad de variables queafectan a los parmetros de control geolgico.

Nueva metodologa para el anlisis de riesgo en laexploracin petrolera

An cuando investigadores tan prestigiosos como Magoon(1994) consideran, que no es necesaria la valoracin del riesgodel sistema petrolero por su baja incidencia en la toma dedecisiones, la metodologa redimensiona este concepto y sedetermina un anlisis integral del sistema en funcin de susplays y prospectos, cuyos criterios son:

1. Zonacin regional del sistema petrolero segn el avance yconocimiento de la exploracin:

a. Zona de evaluacin (sistema petrolero bien exploradocon descubrimientos en todos los plays y estos seconsideran maduros (estudiados y en explotacin)Una gran proporcin de la cuenca cubierta por lassmica 3D)

b. Zona convencional (sistema petrolero exploradomoderadamente. Al menos un play se confirmExisten datos ssmicos 3D o 2D fuera de losdescubrimientos).

c. Zona de frontera (Sistema petrolero con muy pocaexploracin. No existen o son escasas las lneasssmicas).

2. Relacin entre el play, los modelos geolgicos utilizados ycobertura ssmica.

3. Relacin entre el sistema petrolero su roca madre y lasacumulaciones de petrleo.

4. Formalizacin entre la probabilidad de xito del sistemapetrolero y la sentencia lingstica.

Sistema Petrolero

2. Formalizar esas variables de control geolgico, establecidasy estudiadas por los especialistas histricamente, y en loposible adaptadas a nuestras condiciones, en sentenciaslingsticas y criterios numricos la probabilidad.

3. Combinar la regla de la multiplicacin para los eventosprobabilsticos, independientes entre s, con algoritmos

de ingeniera del conocimiento, para la manipulacin delos eventos dependientes.

4. Instrumentar para el anlisis un sistema amigable para eexperto evaluador, capaz de estimar cada factor geolgicoy sus componentes, a su vez permitir con cierta libertadla valoracin de los rangos de valores de probabilidadde xito para cada parmetro y crear una base de datoshistrica de las evaluaciones.

En esta nueva metodologa se comienza con la evaluacincuantitativa de la probabilidad de xito para el sistema petrolerola evaluacin del play, la evaluacin del prospecto o lead y seobtiene la probabilidad de xito o el riesgo de la exploracin

Se realiza posteriormente la valoracin econmica (recursosextrables) y se evala la eficiencia del retorno de la inversin

Todo esto proporciona los elementos necesarios para que eexperto tome la decisin trascendental de que si le conviene

perforar el prospecto o no.

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ANLISIS DEL RIESGO PETROLERO

Tabla I. Niveles de POS propuesta por Rose, 1992.

Tabla II. POS condicionales por Gmez, 2003.

Descripcin POS %

Virtualmente cierto 100 - 80

Razonable 80 - 60

Posibilidad significativa 60 - 30

Alto riesgo geolgico 30 - 10

No ocurrencia < 10

Descripcin POS %

Seguro 1.0

Excelente < 1.0 - 0.79

Muy Bueno < 0.79 - 0.63

Bueno < 0.63 - 0.5

Aceptable < 0.5 - 0.32

Pobre < 0.32 - 0.25

Muy Pobre < 0.25 - 0.05

Descartado < 0.05




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Figura 1. Procedimiento de clculo para el anlisis de decisin y riesgo en la exploracin petrolera

Figura 2. Evaluacin de riesgo para el Sistema petrolero y sus plays.La raya roja indica el valor alcanzado de de riesgo ( 0.73) y exito (0.27) (Chevron modificado)



Todas esas sentencias se evalan de forma grfica (Fig. 2),constituye una modificacin a la evaluacin desarrollada por lacompaa petrolera Chevron.

En esta metodologa se analizan la efectividad de los factoresde control geolgico y procesos, con sus componentes, queconstituyen;

1. Roca Madre: Efectividad, riqueza, generacin y maduracin2. Reservorio: Calidad, efectividad.3. Trampa: Efectividad.4. Sello: Efectividad.5. Timing: Efectividad.6. Preservacin: Efectividad

Para su evaluacin se crearon o modificaron 11 tablas estndares,con el propsito de valorar consecuentemente la evaluacin delas probabilidades de xito (POS), en una medida cualitativa(lingstica) a trminos numricos cuantitativos (Gmez, 2003 ).

Mapa sumario de playEl mapa sumario de play es un croquis o esquema evaluativo,donde se representan y superponen espacialmente cadaaspecto de los factores de control geolgicos que se investiganen el sistema petrolero. Constituyen una ayuda inestimable paradesarrollar el modelo y cuantificacin del play y sus prospectoso leads.

Uno de los objetivos principales de esta metodologa esprecisamente, el uso adecuado de estos mapas y la integracinde los factores, utilizando las herramientas de los Sistemas deInformacin Geogrficos (SIG) y sus bases de datos espaciales,para la evaluacin de los grados de la perspectividad o riesgo anivel regional y local (Fig. 3).

Para su realizacin se dispone de la informacin de:

3 Bases de datos con la informacin de los pozos perforadosque incluya: coordenadas, profundidad, ncleos,registros existentes, manifestaciones de hidrocarburosy profundidad, e intervalos productores, divisinestratigrfica, anlisis bioestratigrficos, produccin, etc.

3 Bases de datos con informacin de registros geofsicos ygeoqumicos.

3 Bases de datos de geologa y geofsica de superficie y en

profundidad.

Prospecto o LeadLos parmetros de control geolgico que se analizaron para losprospectos y leads son los siguientes:

1. Trampa: Efectividad, tipo, tamao y migracin.

2. Reservorio: Porosidad, permeabilidad, espesor, profundi-dad, preservacin y calidad del petrleo.

3. Sello: Efectividad.

Play

4. Calidad de la ssmica: Evaluacin geofsica, indicador dedeteccin directa de hidrocarburo (detection hydrocarbonindex, DHI).

5. Trampa: Efectividad.

Para su evaluacin se crearon o modificaron 14 tablas estndares

con el propsito de valorar consecuentemente la evaluacin delas probabilidades de xito (POS), en una medida cualitativa

(lingstica) a trminos numricos cuantitativos (Gmez, 2003 ).

Valoracin de los recursos gasopetrolferos

Uno de los aportes de la metodologa lo constituye, lavaloracin simultnea entre el anlisis del riesgo geolgico, eanlisis del potencial productivo y la valoracin cuantitativadel play. Se valoraron las reservas o recursos de hidrocarburosen los prospectos mediante el anlisis volumtrico denaturaleza determinstica y el anlisis volumtrico de naturaleza

probabilstica mediante la simulacin por Monte Carlo (Fig. 5).

Validacin de la metodologa

La zona de estudio donde se valid la metodologa, se ubica enla regin Habana Corralillo, perteneciente al sistema petroleroGrupo Veloz/ Grupo Veloz (!), localizado en la regin Norte -Occidental de Cuba.

Dentro de sta rea se encuentra el play complementarioGrupo (Veloz-Canas) -Vega Alta (Delgado, 2010), donde seincluye el sector de la Franja Norte de Crudos Pesados (FNCP)Sus hidrocarburos pertenecen a la Familia I, en su mayora y losdepsitos se sitan dentro de un ambiente marino carbonatadopoco siliciclstico, muy anxico e hipersalino.

El sistema petrolero se ubica en la costa norte de las provincias deLa Habana, Mayabeque y Matanzas, en una franja que se extiendedesde la Baha de La Habana hasta la zona de Majaguillar, la cuacomprenden los bloques de licitacin petrolera 7, 7a y 9, tantocosta adentro como costa afuera (Fig. 4).

Se muestra la evaluacin de los diferentes parmetros de controgeolgico y del riesgo para el play y el prospecto Guanabo Norte(Tabla IV).

La probabilidad de xito del play es de 36.0 % para clasificarlocomo un play prometedor. La probabilidad de xito deprospecto es de un 8.08 %, que clasifica como un prospecto con

xito bajo o riesgo alto, segn Tabla III.

Tabla III. xito Final [%]

> 16.0 ALTO

9.0 - 16.0 MEDIO

< 9.0 BAJO

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Figura 3. Ejemplo de un mapa sumario de play (White, 1993)

Figura 6. Ubicacin geogrfica del sistema petrolero Grupo Veloz/ Grupo Veloz (!).


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Figura 5. Panormica general de la metodologa para la valoracin de los recursos gasopetrolfero.



DISCUSIN

Con la introduccin de herramientas estadsticas, de anlisisdifuso y algoritmos de ingeniera del conocimiento para eanlisis de los parmetros y procesos de control geolgico semejor extraordinariamente la formalizacin y evaluacin deestos, de la forma siguiente ( Tabla V):

Se valid sta metodologa en el Sistema Petrolero Grupo Veloz /Grupo Veloz (!), en el play complementario Grupo (Veloz-Canas-Vega Alta en su prospecto Guanabo Norte, ubicado en la FranjaNorte de Crudos Pesados de Cuba, obtenindose los siguientesresultados (Tablas VI, VII):

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RIESGO

PLAY: COMPLEMENTARIO GRUPO VELOZCANASVEGA ALTA PROSPECTO: GUANABO NORTE

Atributos

Prob.

Condic.Neta

ComponentesProb.

Condic. Atributos

Prob.

Condic.Neta

Componentes

Proba-

bilidadCondic.

Roca Madre 0,691 Volumen 0,8 Trampa 0,81 Tipo 0,4

Riqueza 0,6 Tamao 0,4

Calidad 0,6 Efectividad de la Trampa 0,6

Maduracin 0,6 Timing o sincrona 0,9

Expulsin 0,6 Distancia de la roca madre 0,73

Reservorio 0,662 Efectividad 0,6 Reservorio 0,61 Porosidad 0,63

Calidad 0,7 Permeabilidad 0,5

Trampa y Sello 0,534 Efectividad de la Trampa 0,6 Espesor neto 0,7

Efectividad del Sello 0,5 Profundidad 0,5

Timing 0,692 Sincrona & Migracin 0,8 Preservacin, calidad Petroleo 0,55

Preservacin 0,6 Sello 0,50 Efectividad del Sello 0,5

Probabilidad 0,169 VeracidadGeofsica

0,4500

Razn de xito 0,360 Factor Condi-cional

0,2731

Probabilidadmedia

0,061 Probabilidadneta

0,0808

Objetos y

parmetrosNaturaleza

Evaluacin

cuantitativa

en anteriores

anlisis

Evaluacin

cuantitativa

en la nueva

metodologa

Sistema

PetroleroGeolgica Nulo 1

Play Geolgica 4 10

Prospectos Geolgica 3 15

Play Econmica Nulo 5

Prospectos Econmica DeterminsticoDeterminstico

y Monte Carlo

Probabilidad de xito

ObjetoNaturaleza del

anlisis

Anteriores

anlisis

Nueva

metodologa

PlayDeterminstico nulo nulo

Probabilstico nulo 18.0 %

ProspectosDeterminstico nulo nulo

Probabilstico 6.5 % 8.08 %

Tabla VI. Validacin geolgica en play y prospectos

Naturaleza del

anlisisObjeto

Anterior

anlisis

Mm3

Nueva

metodologa

Mm3

Recursos Determinstico Prospecto 3.2885 3.2885

Monte Carlo nulo 4.765

Tabla V. Evaluacin de parmetros y procesos.

Tabla VII. Validacin econmica en el prospecto. (Mm3= millones de metroscuadrados)

Tabla IV. Evaluacin de los diferentes parmetros de control geolgico y del riesgo para el play y el prospecto Guanabo Norte


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CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

1. Se formaliz con la nueva metodologa empleada, la

evaluacin probabilstica de los parmetros y procesos

geolgicos que intervienen en la probabilidad de xito

del sistema petrolero, play y prospecto, permitiendo

la misma aumentar significativamente la cantidad deparmetros a evaluar.

2. A partir de la introduccin de las herramientas estadsticas, de

anlisis difuso y algoritmos de ingeniera del conocimiento

se mejor el estudio y evaluacin de los parmetros de

control geolgico con excelentes resultados comparados a

los alcanzados en anlisis anteriores.

3. La aplicacin de la metodologa en el Sistema Petrolero

Grupo Veloz / Grupo Veloz (!), en el play complementario

Grupo (Veloz-Canas) -Vega Alta en su prospecto Guanabo

Norte, ubicado en la Franja Norte de Crudos Pesados deCuba, antes de perforar el pozo, demostr la eficacia del

anlisis probabilstico, ya que coinciden en gran medida con

los resultados obtenidos a posteriori con la conclusin del

pozo y que se calcularon determinsticamente.

4. Se introdujo para la evaluacin del riesgo la representacin

espacial y georreferenciada de los mapas de play y bases

de datos asociadas con la integracin de los Sistemas de

Informacin Geogrficos.

5. Se construy un sistema automatizado denominado

Riesgo ver. 2.5 para la evaluacin de la incertidumbre enlos sistemas petroleros, plays, prospectos y leads basadoen la metodologa de clculo probabilstico expuesto en

este trabajo.

1. La metodologa para el anlisis de riesgo de la exploracinpetrolera, es una herramienta de trabajo que perfecciona latoma de decisiones. Requiere se colegie y analice, sin queprime un criterio absolutista y excluyente.

2. Introducir en la metodologa para el clculo del riesgogeolgico, nuevos parmetros de control geolgico, sobretodo los relacionados con la ssmica.

3. La metodologa solo incluye el anlisis de riesgo paraprospectos considerados independientes entre s. Serequiere la introduccin en los clculos del anlisis paraprospectos dependientes, con evaluaciones a priori yposteriori mediante el mtodo probabilstico bayesiano.

4. Introducir en el clculo del riesgo, de maneraa formalizada ycuantificada, la evaluacin de la eficiencia en la generaciny migracin de los hidrocarburos, as como, los costos de lasoperaciones antes de la perforacin.

BIBLIOGRAFIA

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