introducción a los procesos de fabricación y conexiones - pdf

16 de mayo de 2013

Propiedades y manejo de tuberas en campo, para pozos de petrleo y gas.

TESA MX David Hernndez Morales Vctor J. Vzquez V.

"Tenaris ha elaborado el presente informe para informacin general solamente, y la informacin contenida en este informe no tiene por objeto constituir ningn tipo de asesoramiento profesional o cualquier otro tipo de asesoramiento y se proporciona" tal cual es". Por lo que no se otorga ningn tipo de garanta. Tenaris no ha verificado ninguna informacin cualquiera que sea o haya sido facilitada por el solicitante en relacin con, o con el propsito de, la informacin contenida. El uso de la informacin es bajo la absoluta responsabilidad y riesgo propio del usuario y Tenaris no asume ninguna responsabilidad ni obligacin alguna por cualquier prdida, dao o lesin resultante de, o en conexin con cualquier informacin proporcionada en este documento o del uso del mismo. Los productos y servicios de Tenaris estn sujetos a los trminos y condiciones estndar de la Compaa o de lo contrario, a los trminos que resultan de los respectivos contratos de venta, servicios o licencia, segn sea el caso. A menos que se acuerde en virtud de dicho contrato de venta, servicios o licencia, que el solicitante requiere que Tenaris proporcione alguna garanta o asuma responsabilidad alguna en relacin con la informacin proporcionada en este documento, cualquier garanta o responsabilidad estar sujeto a la ejecucin de un acuerdo separado por escrito entre el solicitante y Tenaris. El presente informe es confidencial y ninguna parte de este informe podr reproducirse o divulgarse en cualquier forma o por cualquier medio, sin el permiso previo de Tenaris. Para informacin ms completa pngase en contacto con un representante de Tenaris o visitar nuestro sitio web en www.tenaris.com. Tenaris 2012. Todos los derechos reservados ".

TESA MX TenarisTamsa

2

Contenido

Introduccin.

Procesos de Fabricacin para Tubera de Acero sin Costura.

Tipos de Tubera y Conceptos Generales Revestimiento Produccin Perforacin

Conexiones Tipos de conexiones Conexiones API Conexiones Premium Caractersticas Generales

Conclusiones

16 May 2013


3

Introduccin

Tenaris es el lder global en la produccin de tubos de acero y provee servicios para perforacin, terminacin y construccin de pozos de petrleo y gas. Tenaris tambin es lder en la provisin de productos tubulares y servicios para plantas de procesamiento y generacin de energa, as como tambin para aplicaciones industriales especializadas y automotrices.

TenarisTamsa, el Centro Industrial de Tenaris en Mxico, es uno de los ms grandes del mundo en la fabricacin de tubos de acero para la industria energtica.

16 May 2013


4

Tenaris en Mexico

TenarisTamsa es el nombre de Tenaris en Mxico y provee una amplia gama de tubera de acero sin costura para la industria del gas y petrleo; para exploracin, desarrollo y produccin de pozos Onshore y Offshore.

Operaciones

TenarisTamsa es uno de los centros de manufactura ms competitivos en el mundo.

Capacidad de Produccin: 1,200 mil toneladas de tubos de acero por ao.

Alrededor de 4,700 empleados directos.

Centro de Manufactura Centro de Investigacin y Desarrollo Servicios de Asistencia Tcnica en Campo Oficinas Comerciales

16 May 2013


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Tercer laminador, inaugurado en Mayo 11, es el ms moderno del mundo. Cubre una superficie de 100,000m donde se utilizaron 19,000 toneladas de estructura de acero..

16 May 2013

TenarisTamsa 3T


6

Contenido

Introduccin.




Conclusiones

16 May 2013


7

Proceso para tubera sin costura

Proceso de Fabricacin

Pruebas de laboratorio Composicin qumica Ensayo de Tensin Impacto Tratamiento trmico Esfuerzos residuales Colapso

16 May 2013


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Contenido

Introduccin.




Conclusiones

16 May 2013


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La tubera de revestimiento (revestidor casing) esta definida

como una tubera de dimetro exterior que va desde 4 1/2

(9.5 - 15.1 lb/pie) hasta 20 (133 lb/pie).

La tubera de produccin (aparejo tubing) esta definida

como una tubera de dimetro exterior que va desde 4 1/2

(12.60 - 26 lb/pie) hasta 1.050 (1.14 lb/pie).

Tubera de revestimiento y produccin Definicin por API

16 May 2013


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La tubera de perforacin (drill pipe) esta definida como una

tubera de dimetro exterior que va desde 2 3/8 hasta 6

5/8.

La tubera en cada extremo lleva un recalcado (EUE) y la junta

de perforacin (tool joint) se une al cuerpo del tubo a travs

de la soldadura a alta velocidad conocida como friction weld.

Tubera de perforacin

Definicin por API

16 May 2013


11

El API ha designado el grado de acero, por una letra que fue

seleccionada arbitrariamente seguida por un nmero que

representa el mnimo esfuerzo a la cedencia en miles de

lb/pg2 psi.

Ejemplo: Una tubera en grado de acero N-80, tiene un

esfuerzo a la cedencia de 80,000 lb/pg2

N-80 = 80,000 lb/pg2 80,000 psi

Grado de acero

Definicin

16 May 2013


12

Cualquier incremento de

carga de tensin es

acompaado de un

incremento de longitud, por

lo que esta Ley de Hooks es

solo aplicable en la regin

elstica.

Ley de Hooks

Grfico carga contra elongacin

Elongacin (e)

Carga (s)

esfuerzo cedencia fluencia ruptura

ltimo esfuerzo resistencia

E = Mdulo de Young

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Grados de acero API

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Grados de Acero Propietarios

TENARIS PROPRIETARY STEEL GRADES

SMYS [Ksi] 35 45 55 70 75 80 90 95 100 110 125 140 150

Sour Service TN 80S TN 90S TN 95S

Severe Sour Service TN 80SS TN 90SS TN 95SS TN 100SS TN 110SS

High Collapse Service TN 80HC TN 95HC TN 110HC TN 125HC TN140HC

High Collapse & Sour Service TN 80HS TN 95HS TN 100HS TN 110HS

Deep Well service TN 140DW TN 150DW

Critical Service TN 55CS TN 70CS TN 75CS TN 80Cr3 TN 95Cr3 TN 110Cr3

Low Temperature Service TN 55LT TN 80LT TN 95LT TN 110LT TN 125LT

Sweet Corrosion TN 95Cr13S TN 110Cr13S

High Ductility TN 35HD TN 45HD TN 70HD

Thermal Service TN 55TH TN 80TH

16 May 2013

Tenaris ofrece una amplia variedad de grados de acero propietarios los cuales ofrecen un mejor desempeo en sus propiedades mecnicas, comparados a los grados de acero API. Los grados de acero de Tenaris han sido diseados con la finalidad de cumplir con las necesidades de nuestros cliente en aplicaciones con condiciones demandantes.


15

El espesor del tubo influye directamente

en las propiedades mecnicas.

En operaciones de perforacin,

terminacin, reparaciones y durante la

vida productiva del pozo, se puede

presentar desgaste mecnico (viajes,

rotacin, pescas, etc.) y/ desgaste

qumico (corrosin); luego entonces el

espesor ser ver reducido y como

consecuencia su capacidad mecnica.

Espesor del cuerpo del tubo

16 May 2013


16

La fuerza de tensin FT, deber resistir

el propio peso de la tubera:

Tensin

FT = sy As

FT = 0.7854 sy (D2 - d2)

FT = p sy (Dt - t2)

16 May 2013


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Tensin

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18

La presin de estallamiento (burst)

esta dada por la ecuacin de Barlows

y adoptada por el API. La ecuacin

utiliza el 87.5% del valor nominal del

espesor del tubo; es decir el API le

permite al fabricante una tolerancia

mxima del 12.5% del espesor.

Presin Interna

Pbr = 0.875 2 sy t

D

16 May 2013


19

Presin Interna

16 May 2013


20

Presin Interna

Prueba hidrulica durante la fabricacin de la tubera

Todos los tubos son

probados hidrulicamente

entre el 80% (grados H-40,

J-55 y K-55) y al 90% de su

resistencia a la presin

interna durante 5 segundos.

Este valor es establecido por

la norma del API.

16 May 2013


21

Colapso

Fuerza mecnica capaz de deformar un tubo por el efecto

resultante de las presiones externas.

16 May 2013


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Las propiedades mecnicas para tubera de resistente al alto colapso depende en gran proporcin de sus caractersticas dimensionales.:

Relacin dimetro exterior y espesor de pared

Excentricidad

Ovalidad

Propiedades Dimensionales

Tubera Alto Colapso

16 May 2013


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Despus de haber fabricado el cuerpo del tubo y la barra para cortar la seccin

necesaria para maquinar el "Tool Joint", se procede a maquinar dicha seccin, as

tambin, se realiza el recalcado en ambos extremos del tubo.

Una vez que se tienen las tres piezas listas, se lleva a cabo el proceso de unin de

las piezas a travs de un proceso llamado "friction welder".

Proceso de Fabricacin

16 May 2013


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Proceso Friction Welder

Imagen cortesa de Grant Prideco

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Grados

Existen cuatro grados de acero comnmente utilizado en la Industria Petrolera, los cuales son:

Grado

E 75

X -95

G 105

S - 135

Esfuerzo a la cedencia (psi)

75,000

95,000

105,000

135,000

16 May 2013


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La forma de identificar la tubera de perforacin es a travs

de las muescas que aparecen sobre el extremo pin.

Identificacin segn el grado

16 May 2013


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Longitud de los casing

El rango tres es el ms comnmente utilizado en las tuberas de revestimiento.

Rangos establecidos por la norma API 5CT/ISO 11960

Rango

1

2

3

Longitud (pies)

16 - 25

25 - 34

34 - 48

Longitud (m)

4.88 - 7.62

7.62 - 10.36

10.36 14.63

Mx. var. perm. (pies)

6

5

6

16 May 2013


28

Longitud del tubing

El rango dos es el ms comnmente utilizado para las tuberas de produccin.

Rangos establecidos por la norma API 5CT/ISO 11960

Rango

1

2

3

Longitud (pies)

20 - 24

28 - 32

38 - 42

Longitud (m)

6.10 - 7.32

8.53 9.75

11.58 12.80


2

2

2

16 May 2013


29

Longitud del drill pipe

El rango dos es el ms comnmente utilizado para la tubera de perforacin (drill pipe).

Rangos. Norma ANSI/API 5DP. ISO 11961:2008

Rango

1

2

3

Longitud (pies)

20 - 23

29 - 32

40 - 45

Longitud (m)

6.10 - 7.01

8.84 9.75

12.19 13.72


-

2

3

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30

Rangos de tubera

16 May 2013


31

Marcaje de la tubera

Ejemplo: Casing 13 3/8 N-80 54.5 lb/pie BTC

Fecha 9.65 N S #### TAMSA ISO 11960/5CT-0124 Fecha 339.72 9.65 54.50 N S INSP. AMALOG P 13 MPA BC D Col. #### O.P. ####/ No. Tubo Longitud MT GRM INSP PEP HECHO EN MEXICO

ISO 11960/5CT-0124 Fecha N Col. ####

Punzonado

Para grados de acero resistentes a la corrosin no aplica

ISO 11960/5CT-0124

Fecha N Z O.P. ####

Logotipo Tamsa Logotipo API

Dimetro (mm)

Espesor (mm)

peso unitario (lb/pie)

grado

Tubo sin costura

(seamless)

Inspeccin

Amalog

Prueba hidrulica

(13 M_Pascales)

Conexin

Butress

Nmero de

colada

Nmero de orden de

produccin

Paso del drift a todo lo

largo del tubo

Gerencia de Recursos

materiales

Nmero del tubo y

longitud (m)

Normas y el nmero de

licencia del API a Tamsa

Nmero de cuadrilla

Cdigo de colores:

Cople: De acuerdo con ISO 11960/5CT.

Tubo: De acuerdo con cdigo de Pemex

CLIENTE

16 May 2013


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Longitud de tubera real (prdida por enrosque Make up loss)

Longitud total (Lt)

Longitud efectiva (Le)

Prdida por enrosque (Lpe) Make up loss Le = Lt - Lpe

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Calibracin de la tubera

Durante el proceso de fabricacin de las tuberas, estas son calibradas en su interior (paso del mandril drift) en dos ocasiones.

Posteriormente al realizarse las conexiones (pin y caja), nuevamente se vuelven a calibrar pero solamente los extremos de la conexin.

Paso del drift

16 May 2013


34

Drift de la tubera

Norma API 5CT / ISO 11960

Dimetro de la tubera

Casing y liners:

Mayor a 13 3/8

13 3/8 - 9 5/8

Menor de 9 5/8

Tubing:

Mayor de 2 7/8

Menor de 2 7/8

Drill pipe:

Todos los tamaos

Longitud drift (pg)

12

12

6

42

42

4

Dimetro drift (pg)

DI 6/32

DI 5/32

DI - 4/32

DI 4/32

DI - 3/32

DI 6/32 16 May 2013


35

Contenido

Introduccin.




Conclusiones

16 May 2013


36

La solucin perfecta para nuestros clientes sera un tubo lo suficientemente largo para alcanzar la profundidad deseada.

Es un ensamble mecnico que consta ya sea de dos piones y un cople, en una conexin roscada y acoplada, o bien, en un pin y una caja maquinados en un diseo integral

Introduccin

Por qu son necesarias las Conexiones?

16 May 2013


37

Introduccin

Funcional

Sellabilidad

Aprietes y Desaprietes

Fcil de usar y reparar en campo

Capacidad Estructural

Eficiencias: Tensin, Compresin, Flexin.

Geomtrico

Acoplada, Integral, etc.

Qu requerimientos se necesitan en una Conexin?

16 May 2013


38

La rosca de la conexin es usada para mantener unidas mecnicamente dos piezas de tubera con el fin de mantenerse como un solo elemento.

Las conexiones acopladas consisten de dos miembros: pin en

ambos extremos ms un cople caja.

Las conexiones integrales consisten en un extremo pin y el otro

extremo caja.

Definicin de Conexin segn API

Introduccin

16 May 2013


39

Nomenclatura

Rosca

16 May 2013


40

Nomenclatura

Conexin

16 May 2013


41

Sello Entre Roscas.- Mediante la interferencia de los hilos en todo lo

largo de la rosca al desplazarse durante el apriete hasta alcanzar su

torque. El sello se realiza al rellenarse los micro-huecos entre los hilos

mediante la grasa aplicada.

Sello Metal-Metal.- El sello se origina por la opresin de los planos

deslizantes adyacentes pin-caja.

Sello Resilente.- Se realiza mediante el anillo de tefln materiales

similares. Ayuda como barrera contra la corrosin.

Sellabilidad

Por Tipo

16 May 2013


42

Tipos de Conexiones

Acopladas

Lisas Formadas Recalcadas

Integrales

Se utiliza un cople y las roscas se maquinan directamente.

Se maquinan la roscas sobre los extremos.

Se incrementa el espesor en un proceso de forja en caliente.

El pin es suajeado y la caja es expandido en fro.

Por gnero: acopladas e integrales

16 May 2013


43

Tipos de Conexiones

Acopladas

Para estas conexiones se roscan piones en ambos extremos de la

tubera. Se integra un tercer elemento llamado cople: pequeo tramo

tubular de dimetro mayor que el de la tubera, roscado internamente

con dos cajas en ambos extremos y posteriormente apretado en uno de

ellos con la tubera.

16 May 2013


44

Son aquellas que se rosca en un extremo caja y

en el otro pin.

Tipos de Conexiones

Integrales

16 May 2013


45

Lisas .- Se maquinan las roscas sobre los extremos

del tubo sin aumentar el dimetro exterior del

mismo.

Sub-clasificacin de conexiones Integrales

TSH W513

Tipos de Conexiones

16 May 2013


46

Formadas - El extremo pin es suajeado (cerrado) y el extremo caja es

expandido en fro sin rebasar el 5% en dimetro y el 2% en espesor;

posteriormente se aplica un relevado de esfuerzos.

TSH SLX TSH W521


Tipos de Conexiones

16 May 2013


47

Tipos de Conexiones

Recalcados - Se incrementa el espesor en el cuerpo del tubo a travs de

un proceso de recalcado en caliente. Posteriormente se rosca en un

extremo el pin y en el otro la caja.

TSH W533


16 May 2013


48

Contenido

Introduccin.




Conclusiones

16 May 2013


49

Conexiones API

Tubing: EUE (1.050 - 4 1/2) NUE (1.050 - 4 1/2) IJ (1.315 - 2.063)

Casing: STC (4 1/2 - 20) LTC (4 1/2 - 20)

30 Fx

Fn

Ft

Ventajas: Fcil de fabricarse Fcil de apretarse Fcil de usarse en campo Bien conocida

Desventajas: Poca resistencia a la tensin Baja sellabilidad

8 HRR (API STD 5B)

16 May 2013


50

Casing BTC: (4 1/2 - 20)

Espacio entre roscas mayor a la conexin 8HRR

Fx

Fn

3 10

Conexiones API

Buttress (API STD 5B)

16 May 2013

Ventajas: Fcil de fabricarse Fcil de apretarse Alta resistencia a la tensin Bien conocida

Desventajas: Baja sellabilidad


51

Contenido

Introduccin.




Conclusiones

16 May 2013


53

Flanco a flanco

Cresta y valle

Ventajas: Mismo desempeo bajo

cargas de tensin y compresin.

Desventajas : Alto desempeo a

cargas de tensin con respecto a

cargas de compresin.

No permite movimiento

Desventajas: Ligera tendencia a

engranaje.

Permite movimiento

Ventajas: Baja tendencia al

engranaje.

Conexiones Premium Tipos de perfil

16 May 2013


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Tipo gancho

Tipo cua

Contacto cresta y valle

DOVETAIL

SHAPE

Ventajas:

No riesgo de desconexin (jump-out).

Baja tendencia al engranaje.

Desventajas:

Alto desempeo a cargas de

tensin con respecto a cargas de

compresin.

Ventajas:

Alto desempeo a cargas de tensin y compresin.

Alta resistencia al torque..

Desventajas:

Ligera tendencia a engranaje.

Contacto flanco a flanco

Negative Load flank angle

Conexiones Premium Tipos de perfil

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BOX Sello metal a metal externo

Sello metal a metal interno

Hombro

Rosca de doble paso

BOX

PIN

Conexiones Premium Caractersticas de perfil

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TenarisXP Buttress

Principales Caractersticas: 100% eficiencia a la tensin. Capacidad estructural asegurada. Flexin igual al cuerpo del tubo. Capacidad a Extra torque. Dimetro interior liso. Hombro de torque positivo. Compatible con Buttress normal.

Aplicaciones: Perforacin con Casing (DWC). Shales

16 May 2013


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Tenaris Blue

16 May 2013

Principales Caractersticas:

Diseada para ofrecer un alto desempeo y versatilidad.

Probada bajo ISO 13679 CAL IV. 100% eficiencia a la tensin. Capacidad estructural asegurada. Flexin igual al cuerpo del tubo. Capacidad a Extra torque. Dimetro interior liso. Hombro de torque positivo.

Aplicaciones: Superficial. Intermedia. Produccin. Liners. Aparejos de produccin.


58

TSH Wedge Serie 500

Principales Caractersticas: La mejor combinacin entre conexin

esbelta integral y desempeo. Alta eficiencia a la tensin y

Compresin. Resistencia para altos torques. Capacidad estructural asegurada. Perfil robusto de la conexin. Fcil de utilizar en campo.

Aplicaciones: Tubera Conductora. Superficial. Intermedia. Produccin. Liners. Aparejos de produccin. Sartas de trabajo.

16 May 2013


59

Cdigo de la Serie 500

16 May 2013


60

TSH Wedge Serie 600

Caractersticas:

La serie 600 es una nueva familia de conexiones de TenarisHydril diseada para cumplir con los requerimientos ms exigentes y con un desempeo excepcional. Perfil tipo cua Disponible de 4 " a 7" de OD 90% tensin 94% compresin Alta resistencia a la flexin Alta resistencia al torque Disponible en nuestra Tecnologa

Dopeless

Aplicaciones: Pozos de alcance extendido y

horizontales Shales Pozos profundos

16 May 2013


61

TSH Wedge Serie 500 & 600

Torque

Vueltas

Torque de cedencia

Torque Lmite Operacional

Torque de apriete mximo

Torque de apriete ptimo

Torque de apriete mnimo

Torques recomendados

Torques recomendados para apriete en superficie

Margen de seguridad

Esquematizacin de torques en Series 500 & 600

16 May 2013


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Lubricar adecuadamente durante el apriete para prevenir el desgarre

de los hilos de la roscas.

Tener propiedades de sellabilidad para prevenir fugas a temperaturas

mximas de 150 C y evitar su degradacin (ni cambios de volumen y

verse fluida).

Tener capacidad para rellenar microhuecos y evitar fugas en las roscas

API (casing-BCN) (tubing-8HRR) para altas presiones (ejemplo: 10,000

psi).

Grasa para Roscas

Caractersticas generales

16 May 2013


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No deber secarse, endurecerse, evaporarse u oxidarse lo cual puede

cambiar sus propiedades.

Ser resistente a la absorcin del agua.

Deber ser fcilmente aplicable con brocha en todas condiciones

climatolgicas y principalmente en regiones rticas.

Norma aplicable API RP 5A3

Grasas conocidas: 2020 (muy utilizada para 8HRR y BCN), Bestolife y

Kendex (almacenamiento)

Grasa para Roscas

Caractersticas generales

16 May 2013


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Alineacin durante la introduccin de la tubera

16 May 2013


65

Apriete en campo

16 May 2013


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Contenido

Introduccin. Procesos de Fabricacin para Tubera sin Costura. Tipos de Tubera y Conceptos Generales Revestimiento Produccin Perforacin

Conexiones Tipos de conexiones Grficas de apriete

Conclusiones

16 May 2013


67

Conclusiones

TenarisTamsa es lder en la produccin de tubos de acero para la Industria de Gas & Petrleo; durante la perforacin, terminacin y conduccin, proveyendo tubera:

Revestimiento

Produccin

Perforacin

La tubos de acero de TenarisTamsa se fabrican bajo estrictos procesos de manufactura, incluyendo pruebas de laboratorio para certificar y garantizar la calidad de cada producto.

TenarisTamsa provee una amplia familia de conexiones para todas las aplicaciones, incluyendo conexiones API y Conexiones Premium propietarias.

16 May 2013


68

Gracias!

(Preguntas)

introducción a los procesos de fabricación y conexiones - pdf

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