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文檔簡介

1、抽油機井節(jié)能、安全、管理新技術-系統(tǒng)效率測試分析抽油機井節(jié)能、安全、管理新技術-系統(tǒng)效率測試綜合分析抽油機井節(jié)能、安全、管理新技術-系統(tǒng)效率測試、分析、優(yōu)化 井數(shù)從多目前中國陸上油田抽油機井總數(shù)約20萬口,其中延長6萬多口,占機械采油井總數(shù)的92%左右,產(chǎn)量占80%,能耗三分之一以上,延長油礦的比例更高。 效率低下、潛力巨大中石油2001年主要油田統(tǒng)計是23%,還沒有達到上世幻八十年代初期美國加利福尼亞油田29.3%的水平。延長是多少?沒有數(shù)字,但可以肯定很低(某井組是1.95%)。 節(jié)能產(chǎn)品從多如何選擇、如何配套?高耗能設備有“病”,節(jié)能設備和技術是“藥”,系統(tǒng)效率測試分析就是開“藥方”。

2、機采井系統(tǒng)效率工作已被證明是油井增產(chǎn)節(jié)能、延長設備用壽命、延長油井免修期、降低操作成本的有效手段,已成為機采井管理的重要內容。 我公司作為系統(tǒng)效率工作的倡導者和技術的先導者,擁有PMTS機采井系統(tǒng)效率測試儀和EffStar分析軟件、高速電能測試和電能曲線信息識別技術、油井診斷技術、專業(yè)的抽油機井平衡分析技術、電機仿真分析技術、供采協(xié)調及生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化技術、井下桿柱優(yōu)化設計技術,為機采井系統(tǒng)效率測試、分析、評價及優(yōu)化設計提供了技術保證。 2006年我公司與吐哈油田合作開展了抽油井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀分析及提高對策研究,運用我公司的系統(tǒng)效率測試分析技術,全面評價了吐哈油田抽油井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀,分析了提高抽油井

3、系統(tǒng)效率存在的潛力,對相關配套技術進行了研究與完善,從而形成了有針對性的提高抽油井系統(tǒng)效率的技術系列及其規(guī)范。通過推廣實施,2006年在吐哈油田共應用670井次,平均系統(tǒng)效率提高個百分點,實現(xiàn)月節(jié)電。項目研究實現(xiàn)創(chuàng)效400多萬元,投入產(chǎn)出比達到1:,取得了較好的經(jīng)濟和社會效益?;谀芰科胶獾脑?,對機采井的能量輸入、能量輸出、能量損耗進行平衡分析,得出機采井系統(tǒng)的能流圖。分析測試的電能曲線數(shù)據(jù)、示功圖數(shù)據(jù)、動液面數(shù),結合生產(chǎn)數(shù)據(jù)、抽吸設備數(shù)據(jù)、井身結構及原油物性數(shù)據(jù),分析機采井生產(chǎn)中存在的問題,給出解決方案及實施這些方案后的能耗預測,對機采井系統(tǒng)的能耗水平及管理水平進行評價。機采井系統(tǒng)的能量輸

4、入是電能及伴生氣的氣舉能量,能量輸出是指提升井液所需要的勢能和井口回壓能量,能量損耗有電網(wǎng)損耗、電機損耗、減速箱損耗、四連桿機構損耗、井下管桿磨擦損耗及井下流體磨擦損耗。影響因素有電網(wǎng)、電機型號、抽油機型號、平衡情況、沖程、沖數(shù)、泵徑、桿管參數(shù)、井身參數(shù)和原油物性參數(shù)。通過我公司專業(yè)的機采井效率分析與評價軟件EffStar進行分析,找出上述因素中存在的問題,給出可改善的優(yōu)化的措施方案,預測參數(shù)優(yōu)化后的能耗水平,對機采系統(tǒng)的能耗、優(yōu)化潛力進行系統(tǒng)的評價。 機采井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀調查及測試方案的制定; 用PMTS儀器進行機采井系統(tǒng)效率的測試,含電能曲線、示功圖、動液面的測試; 數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)庫建設,數(shù)

5、據(jù)有液量、含水、液面、油壓、套壓、泵掛、泵徑、抽油機型、電機型號、平衡塊數(shù)、平衡塊重、平衡半徑、桿柱組合、井斜參數(shù)、油層溫度、地表溫度、原油粘度、原油密度、油氣比、飽和壓力; 按SY/T5266標準進行單井系統(tǒng)效率計算; 用EffStar軟件進行了系統(tǒng)效率分析評價、實施方案的制定及實施后的效率預測; 方案實施; 系統(tǒng)效率復測及效果評價; 系統(tǒng)效率報告編寫及項目驗收。公司主要產(chǎn)品 自帶電源,不需要現(xiàn)場接電,有利于安全 電能參數(shù)測試,含電流、電壓、有功、無功、 功率因數(shù),可測試AC200A,1500V 四相限電能測試,測試速度快,每秒50組數(shù)據(jù)可 以觀察抽油機快速變化的過程如減速箱磨損造成 的瞬時

6、沖擊 可同時測試示功圖,可測試動液面,可作電力諧 波分析,示功圖到150kN、8m,液面3500m 儀器帶抽油機平衡分析功能,可現(xiàn)場測試、現(xiàn)場 平衡分析、現(xiàn)場調整、現(xiàn)場復測驗證 可支持多種示功圖傳感器 采用100M以太網(wǎng)及USB接口兩種方式傳送數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)傳送速度快儀器秉承儀器的成熟技術,采用一體化結構、薄膜鍵盤、防水開關、高亮度640X480TFT彩色液晶顯示屏,內置軍品級PC104嵌入式高特能586工業(yè)控制計算機,體積小巧,穩(wěn)定可靠,能在惡劣的環(huán)境下工作,特別適合專業(yè)測試隊伍和現(xiàn)場工人使用。抽油機井系統(tǒng)效率測試儀特點:1、自帶電源;2、可測1300V;3、測試速度快,每秒50組數(shù)據(jù);4、可

7、作電力諧波分析;5、可同時測試功圖、動液面;6、高亮度640X480 TFT彩色液晶顯示屏;7、一體化結構,內置PC104嵌入式高特能586工業(yè)控制計算機,體積小巧。8、以太網(wǎng)通信接口,與上位PC傳送數(shù)據(jù)速度快,使用方便。抽油機井系統(tǒng)效率分析及優(yōu)化設計軟件軟件功能介紹1、抽油機井示功圖顯示分析,電動機電流、電壓、有功功率、無功功率等電能參數(shù)的曲線顯示與分析,電力質量與電力諧波分析,低壓供電線路狀態(tài)及損耗分析估計;2、方便地測出抽油機的位移系數(shù)、扭矩因數(shù)、分析抽油機的特性; 3、快速的電能曲線可用于識別抽油機與井下桿管的工作情況,如出砂、結蠟、電機軸不正、皮帶松動、平衡不好、井下供液不足等;4、

8、方便地測試出電能消耗功率與光桿功率,算出抽油井的地面效率、地下效率、系統(tǒng)效率5、 平衡分析專家系統(tǒng),可分析曲柄平衡、游梁平衡、復合平衡、下偏杠鈴等所有平衡情況,進行平衡仿真,以最節(jié)能和最安全為標準,提出優(yōu)化平衡建議以及調整后的節(jié)能效果,所需參數(shù)少,使用簡單;6、 按吉布斯方程計算泵功圖,進行油井診斷,分析泵的工作狀況;7、 對泵掛深度、泵徑、沖程、沖次等參數(shù)進行敏感性分析;計算出不同泵掛深度、泵徑、沖程、沖數(shù)下的產(chǎn)量、有效功率、光桿功率、井下效率、地面效率、系統(tǒng)效率、電能消耗、電機配備需求;8、分析油井供液情況,擬合IPR曲線,預測產(chǎn)量,找出優(yōu)化的生產(chǎn)參數(shù);9、以三次樣條曲線摸擬井眼軌跡,繪制

9、可視的三維井眼曲線動畫,進行抽油桿柱及附件設計,含桿柱組合、加重桿、防脫器、扶正器,并可顯示各級桿柱的應力范圍比、桿使用系數(shù)、最大應力、最小應力、許用應力、最大載荷、最小載荷、桿管壓力等參數(shù)曲線;10、除可適用于長森公司的PMTS系列抽油機系統(tǒng)效率測試儀外,同時也可為用戶進行特殊的功能增強,比如可使用HIOKI3169電能測試儀測試數(shù)據(jù)和SG5及SGT2000動力儀測試的示功圖數(shù)據(jù)。 軟件功能演示支持河南油田現(xiàn)有測試儀器 除支持長森公司的PMTS系統(tǒng)儀器測試數(shù)據(jù)外,還支持河南油田現(xiàn)有的日置電力測試儀數(shù)據(jù)、動力儀的測試數(shù)據(jù)。 右上圖是日置3169測試的H232井電力曲線數(shù)據(jù)。 右下圖是SG5測試

10、的示功圖數(shù)據(jù),帶有光桿功率計算功能。數(shù)據(jù)轉換軟件界面快速的電力曲線記錄顯示 PMTS儀器測試速度是每秒可測試50組電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)數(shù)據(jù),這在國內所有儀器中是獨一無二的,國內所有進口儀器中也沒有發(fā)現(xiàn)含有這種功能的。 右圖是河南油田采油一廠H232井的電力曲線,從曲線的細節(jié)非常清楚,電流與有功功率存在嚴格的對應關系。從曲線可以看出這口井采用的是普通三相異步電機(因為無功功率較高而且穩(wěn)定),供液不足液擊嚴重、基本平衡(電流平衡度達0.86,功率平衡只有),只是減速器磨損嚴重。減速器磨損 抽油機井如果平衡不好,在一個沖程中往往有正負扭矩交替出現(xiàn),在正負扭矩交替處處造成減速器齒輪

11、沖擊,時間長了,造成這個位置的齒輪磨損,間隙加大,抽油機工作時哐哐作響。這些沖擊在功率曲線上的反映就是左圖上的脈沖,往往出現(xiàn)在功率由正到負或由負到正的交替處,也就是在0線附近(在本例中,出現(xiàn)在功率在3kW時,這是減速器之前的電機、皮帶及前線齒輪傳動消耗的功率)。 減速器嚴重磨損 圖是華北油田采油二廠的C12-56井,這口井抽油機的減速器器磨損更為重,已造成強烈沖擊,功率肪沖高達30kW,老遠就能聽到這口井發(fā)出的哐珰聲。除此之外,這口井還不平衡(電流平衡度只有,功率平衡度)。這口井還存在另一個毛病,就是電機的皮帶輪安裝不正,這就是功率曲線上出現(xiàn)許多細小毛刺的原因。 電機皮帶輪不正及油井出砂 供液

12、不足,造成液擊 電力波形曲線可以看出供電系統(tǒng)及用電系統(tǒng)是否正常,右圖江漢油田清河采油廠的4-6-251井的電力波型曲線,電壓曲線非常光滑,說明供電系統(tǒng)沒有問題,而電流曲線上寄生的高頻成分明顯,主要是七次諧波和五次諧波,這是由于他們大量采用電容無功補償而各井的補償量又不太合適造成的 電力波形曲線 電力波形曲線可以看出供電系統(tǒng)及用電系統(tǒng)是否正常,右圖是原來河南油田采油一廠T478井的電力波形曲線,這口井采用了一種節(jié)能控制箱,從圖上可以看出它采用了電壓控制方案和電流控方案,限制了最高電壓和最大電流 供電線路末端損失估算 隨抽油機電機電流增加,供電電壓會下降,所以我們采用統(tǒng)計分析方法,查看二者的相關性

13、來估算。電機功率分析 抽油機電機電流和功率一直在變化,所以我們記錄每一個周期的功率,形成功率曲線,來計算最大功率、最小功率、平均功率和均方根功率。 用最大功率和均方根功率二者來分析電機的配備是否合適。P推薦=INT(MAX(P均方根,P最大/1.8)P均方根決定電機發(fā)熱與最高效率P最大決定最大扭矩電機功率仿真抽油機平衡分析 以抽油機最節(jié)能和最安全為標準,采用功率法進行平衡分析,對功率曲線進行付立葉分解,求出不平衡功率功率曲線中的一階正弦分量。計算出最佳平衡調整量,使之正好抵消不平衡功率,使均方根功率最小,也就是均方根扭矩最小,抽油機最安全,電機發(fā)熱量最少。北京長森石油科技有限公司2009年04

14、月抽油機功率平衡簡易計算法抽油機功率平衡簡易計算法說 明曲柄平衡方式的抽油機偏輪抽油機常規(guī)型及異相型抽油機雙驢頭抽油機游梁平衡方式的抽油機調徑變矩抽油機雙尾游梁抽油機復合平衡方式的抽油機下偏杠鈴抽油機B游梁抽油機皮帶式抽油機SY/T 5044-2003的8條:抽油機的使用8.1.3抽油機的平衡抽油機應在良好的平衡工況下運行,對不平衡工況下運行的抽油機應及時調整平衡。抽油機的平衡可采用“平衡電流法”或“平均功率法”調整?!捌胶怆娏鞣ā闭{整平衡時,應使上、下沖程的最大電流差值小于最大電流的15%。最大電流值不應超過電動機的額定電流值。D.1抽油機的平衡計算D.1.1調整抽油機的平衡,可根據(jù)下述三個

15、原則中的一個原則來計算。a)使上、下沖程電動機作功相等;b)上、下沖程中減速器曲柄軸的最大凈扭矩相等;c)使減速器曲柄軸瞬時切線力與平均切線力的偏差平方和最小。抽油機平衡標準SY/T 5266-1996 抽油機的電流平衡度=下行最大電流/上行最大電流大部分油田都是采用的這個標準勝利油田孤島采油廠:電流平衡率=小電流/大電流勝利油田現(xiàn)河采油廠(閻海濤):電流平衡度=上行最大電流/下行最大電流抽油機平衡標準平衡與節(jié)能在抽油機平衡度上做“節(jié)能”文章 進入油田開發(fā)后期,原油開發(fā)舉步維艱,生產(chǎn)成本舉高不下。在這種情況下,節(jié)能降耗成為油田當前精細管理工作的“重頭戲”。河南油田采油一廠江河油礦千方百計圍繞抽

16、油機平衡度尋找節(jié)能降耗切入點,大力推廣使用“調抽油機平衡度節(jié)能法”,有效減少不平衡造成的能耗浪費。據(jù)不完全統(tǒng)計:三年來,這個礦共完成平衡優(yōu)化585井次,平衡合格率保持在80%以上,累計節(jié)約電量510余萬千萬時,總經(jīng)濟價值360余萬元。 平衡與節(jié)能有桿抽油系統(tǒng)分冊第94頁 抽油機井的平衡度究竟多少為好,時過平衡好,還是欠平衡好?為了回答這一題,在大慶采油九廠水力模型井進行了試驗。 當以I下I上來表示平衡度時,平衡度為80%-100%時能耗最低。而且欠平衡較過平衡省電。平衡與節(jié)能項目平衡度()舉升高度(m)產(chǎn)液量(t/d)噸液百米耗電(kW.h)系統(tǒng)效率(%)節(jié)電率(%)調平衡前64.7634.7

17、35.211.1423.812.46調平衡后87.14641.435.890.99827.27提高值22.446.70.68-0.1423.47 由于抽油機平衡好壞直接關系到有桿抽油系統(tǒng)效率的高低,在試驗區(qū)對平衡較差的抽油機井采取調平衡措施。試驗中共實施298井次,并對其中口井進行了對比測試,抽油機井在舉升高度和產(chǎn)液量基本不變的情況下,提高平衡度可使系統(tǒng)效率也隨之提高。 平衡度由64.7%提高到87.14%,提高了22.44%,系統(tǒng)效率提高了3.47%,節(jié)電12.46%。 電流平衡與功率平衡下圖是河南油田某廠的J6-805井的電力曲線,測試儀器為日本日置公司HOKI3169型電力分析儀,全波方

18、式。從有功功率曲線上看,下行程出現(xiàn)大量負功,說明抽油機極不平衡,但從電流曲線上看,抽油機相當平衡(電流平衡度達0.82)。 電流平衡與功率平衡在實際測試中我們發(fā)現(xiàn),大量常規(guī)型油油機的電功率曲線均與此井類似,只要不存在供液不足現(xiàn)象,功率曲線大都如此。上行程功率曲線較為陡峭,還有一點負功率,下行程功率曲線平緩。這種功率曲線的形狀與常規(guī)抽油機在理想平衡情況下的扭矩曲線也較為相似。電流平衡與功率平衡按均方根功率(扭矩)最小法則,該井應該將4塊重10kN的曲柄平衡塊內移米,預測上電流 ,下電流 ,電流平衡度,均方根電流,均方根功率,預計通過調平衡可節(jié)省電力0.7kW, 日節(jié)電量為。按上、下行程最大功率(

19、扭矩)相等法則,該井應將4塊重10kN的曲柄平衡塊內移 米,預測上電流 44A,下電流 ,電流平衡度,均方根電流,均方根功率 ,預計通過調平衡可節(jié)省電力0.42kW, 日節(jié)電量為 。功率平衡簡易計算方法由于抽油機停抽對井下液面的擾動,以及井下出液情況的變化,對有功功率、無功功率、相電流、相電壓、懸點位移、懸點載荷的測試一般應在抽油機起動30min運行穩(wěn)定后進行。每隔5分鐘測試記錄一組數(shù)據(jù),直到每組數(shù)據(jù)相差不大于2%。在這些記錄的數(shù)據(jù)中,選取一組有代表性的數(shù)據(jù)用于計算和分析。有功功率、無功功率、線電流、線電壓、懸點位移、懸點載荷的測試要同步進行,從抽油機曲柄位于曲柄軸的正上方(12點鐘位置)開始

20、記錄,等時間間隔的記錄數(shù)據(jù)。在抽油機一個沖程周期內,記錄的數(shù)據(jù)不少于144組。當測試的示功圖顯示抽油機井存在明顯的供液不足(活塞空抽沖程占到活塞總沖程的20%以上)造成液擊現(xiàn)象發(fā)生時,應先降低抽油機的沖次或沖程,消除液擊現(xiàn)象,然后重新測試和計算平衡。測試要求功率平衡簡易計算方法功率平衡度為抽油機的上、下沖程平均功率之比,以較大功率值作為分母,用小數(shù)表示。假設測試從曲柄位于12點鐘的位置開始,一個沖程周期測試N組數(shù)據(jù),那么前N/2組功率值平均就是抽油機上沖程平均功率,后N/2組功率值平均就是下沖程平均功率。當上、下沖程的平均功率有一項為零或負值時,功率平衡度為零。當功率平衡度小于時,可判定抽油機

21、不平衡,需對抽油機進行平衡調整。 功率平衡度的計算 S1-22井平衡調整建議增加 12個游梁平衡塊,使其總數(shù)為 35個! 預計調平衡可節(jié)省電力 .756kW, 日節(jié)電量為 左右.游梁平衡 S1-23井平衡調整建議曲柄平衡塊向內移 .6米,移到 .18米處! 或者是去掉 2個曲柄平衡塊,其余的移到 .37米處! 曲柄平衡曲柄平衡 Z22-20井平衡調整建議增加 174個平衡塊,使其總數(shù)為 274個!皮帶抽油機 通過對比可以發(fā)現(xiàn),調整后抽油機的功率平衡度都有較大的提高,最大電流和最大功率都有明顯地下降。調整前5口井總功率,調整后降為,下降了,節(jié)電率達17%。根據(jù)我們的經(jīng)驗,抽油機調平衡的節(jié)電率一般

22、在3%-8%之間,這5口井的節(jié)電率很高的原因是這些井嚴重不平衡。長慶油田采油三廠的50-26井平衡調整前的電力曲線,右上圖是調整后的電力曲線,調整后的功率平衡度從上升到,節(jié)能,節(jié)能量達12.6% 華北油田采油五廠的J95-8井平衡調整前的電力曲線,右上圖是調整后的電力曲線,調整后的功率平衡度從上升到,節(jié)能,節(jié)能量達31.8% 對于抽油桿柱行為的描述,我們采用美國人S.G.吉布思的預測模型包括描述抽油桿柱運動的偏微分方程、邊界條件(包括光桿運動條件及井下泵的抽汲條件)和初始條件這就是油井診斷方法。 可以得到各級桿柱功圖和泵功圖,可以計算各級桿的應力,可以分析桿管柱及泵的故障,可以計算柱塞沖程和有

23、效沖程等等。 抽油機井井下診斷分析 三維井眼曲線的顯示 0度方向 30度方向 60度方向 90度方向 三維井眼動畫曲線的顯示S13-6井擬合仿真IPR曲線及供采協(xié)調分析系統(tǒng)效率分級評價WellView油井遠程監(jiān)控系統(tǒng) WellView油井遠程監(jiān)控系統(tǒng) WellView系統(tǒng)簡介 北京長森科技公司開發(fā)的WellView油井遠程監(jiān)控系統(tǒng),能夠實時在線監(jiān)測油井參數(shù):電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、井口溫度、壓力、示功圖、環(huán)境溫度等,對抽油機的各種故障(如電流、電壓越限、壓力過高過低、光桿卡死時過載、停機、缺相、欠載等)進行實時診斷,及時發(fā)現(xiàn)故障并報警,能遠程控制抽油機的啟停、隨時查詢油井運行

24、參數(shù)并實現(xiàn)參數(shù)遠傳和數(shù)據(jù)資源共享,真正實現(xiàn)了無人執(zhí)守,適用于邊遠井、新投產(chǎn)井及新開發(fā)區(qū)塊的油井,節(jié)省大量投資,實現(xiàn)了油田集輸方式上的一次革命。 測控功能齊全16位高性能單片機12位模數(shù)轉換精度 實時或定時方式監(jiān)測電壓、電流、電功率、功率因數(shù)、溫度、壓力、位移、載荷故障報警(停抽、缺相、過電流、過電壓等)自動開關井抽油機平衡監(jiān)測示功圖量油抽空控制(變頻調沖次或者是間抽控制)電力曲線顯示電力參數(shù)顯示示功圖顯示擴展控制顯示抽油機平衡監(jiān)測平衡參數(shù)設置采集參數(shù)設置采油時率監(jiān)測監(jiān)控器主菜單WellView監(jiān)控器部分現(xiàn)場功能WellView遠程監(jiān)控系統(tǒng)架構 根據(jù)油井分布的地域特點與無線通訊技術發(fā)展的水平,W

25、ellView油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)用CDMA/GPRS進行無線傳輸,主要由傳感器、井口控制器、CDMA/GPRS通訊模塊DTU、采油廠通訊機、實時數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器、監(jiān)控瀏覽終端等組成。油井的工作狀態(tài),如壓力、溫度、流量、載荷位移及電參數(shù)等由相應的傳感器和變送器送至WellView井口控制器。 GPRSInternet載荷位移傳感器壓力、溫度、流量傳感器安裝在井口WellView終端油田數(shù)據(jù)中心廠站控制終端電參數(shù)傳感器安裝在開關箱WellView監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)結構圖WellView遠程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程 數(shù)據(jù)從各傳感器傳到WellView控制器, WellView控制器負責將采集到的油井數(shù)據(jù)上

26、裝至通訊模塊,再由通訊模塊送至位于采油廠信息中心的通訊服務器,數(shù)據(jù)經(jīng)處理后存入實時數(shù)據(jù)庫。采油廠用戶通過應用服務器獲取系統(tǒng)服務,應用服務器訪問實時數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)。由用戶發(fā)起的操作,如手工召測數(shù)據(jù)、更改配置等,由應用服務器進行處理,并通知通訊服務器執(zhí)行相應的操作。 溫度、壓力傳感器載荷、位移傳感器電流、電壓傳感器WellView控制器通訊服務器實時數(shù)據(jù)庫應用服務器采油廠用戶WellView遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能 數(shù)據(jù)定時采集:能夠采集遙測、遙信、電度及其它類型的量測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)定時召喚油井終端數(shù)據(jù),召喚周期可按示功圖、電流圖和其它量,可以分鐘為單位設置,最小為1 分鐘,最大為255 分鐘。 按需數(shù)據(jù)采集:采油廠用戶終端可在任何時刻請求召喚

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