CN203452661U - 从操作设备下入用于采油气的管柱的管状部件 - Google Patents
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Abstract
一种从操作设备(10)下入用于采油气的管柱的管状部件(30),包括绕着所提供部件(30)的纵向轴线旋转的主体(32),在其至少一端(34B)具有用于将部件(30)连接到另一管状部件(30)的第一连接器(36B),此外该部件(30)通过装置至少暂时地被夹持在周围区域(Z,Z1,Z2)中,用于将保持部件(30)保持在设备(10)上。该部件(30)在夹持区域(Z,Z1,Z2)内包括用于保护部件(30)抵抗可能由于保持装置引致的机械损伤的涂层(58)。具体地,制造该涂层(58)的材料的硬度大于形成部件的材料的硬度但小于70HRC值。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气藏开采的技术领域。更具体地,但不排出其它地,应用于近海沉积,比如从更广泛地称为“离岸”平台的平台上进行开采。
本实用新型特别应用于下入管柱中使用的部件,用于套管、油管或者还可以是各种比如钻头的工具定位管件。
背景技术
下入管柱主要由一系列管状部件形成,下文将其称为下入管件,且连接到待定位的管柱上。该下入管柱因此大体上用于保持在井外,特别地该管柱的主要功能是将套管管柱传送到其在井中的最终位置或者还在井中固定套管等。
传统地,下入管件与其他操作管件或套管的不同之处在于特定的尺寸特征。事实上,下入管件必须具有较大的拉伸能力。为此目的,下入管件的直径大体上大于127mm(或5英寸),并且厚度大于12.7mm(或5英寸)。然而,下入管件可以由用于下放操作的标准钻探用管形成。
一般来说,为了形成管柱,管件端对端放置。因此,下入管件大体上包括绕着部件的纵向轴线旋转的主体以及两个连接器,也称为“钻杆接头”,分别连接到主体端部以将管件与另一个管件连接起来。连接器包括比如阴阳螺纹元件,使得管件通过配合而相互连接。
为了安置管件,在离岸操作的情况下,管柱的某些长度从平台延伸到海底,而井沉没在海底,该长度取决于平台下海底的深度,这有时候可以达到几百米或者甚至几千米。
套管管柱从正在形成中的下入管柱悬挂,该下入管柱自身通过下文称之为“表面管”的最后连接的管件保持在平台上,后者被暂时地保持在平台上一段时间,该段时间是它在形成中的管柱上增加一个或多个管件的时间,随着长度的增加而增加。
表面管利用保持装置被固定到平台,保持装置像老虎钳一样卡住管件, 与平台的旋转工作台一体。保持装置大体上包括在表面上具有抓取元件的多个楔形件,比如例如卡爪,能够固定到管件上从而保持它。
结果,由于其功能,表面管承受很高的轴向拉伸阻力,特别地与成型阶段中的管柱质量相关。这个质量随着下入管柱形成操作过程的进行而增加。该质量当然在操作的最终时最大,并且对应于在井的表面和井底之间延伸的管柱的质量,且,在下入管柱的情况下,对应于在井表面和海底之间延伸的管状质量增加到在井中待定位的管状管柱的质量。该质量可继而达到几千吨。
表面管的夹持随着管柱质量的增加而增加。因此,在非常高的拉伸阻力的影响下,抓取元件绕着表面管件留下压痕,促使管件脆化并减少其使用寿命的裂缝和其他机械损伤的出现。
在现有技术中已经提出了,特别是在由Grant Prideco申请的文件US RE37167E中,提出了解决钻孔管件抵抗住由楔形件施加的阻力的问题。该篇文献教导了通过由马氏体钢材料制成管件从而限制了楔形件深入该材料中,进而补救了这个问题。
在现有技术中已经提出了,特别是在由C.F.Huntsinger申请的文件US3080179中,提出了在用于夹持住部件的某个区域的水平位置处,在连接器和部件的主体之间插入具有增加厚度的保护性管件的某部分。然而,在管件所增加的这个部分和部件主体之间的连接处的额外焊接的形成,使得部件破损的危险增加。
在部件表面施加保护性涂层的可能性,是为了增加其使用寿命,这同样可以从文献FR-1061275的教导中得知。这篇文献并没有教导适用于下入管柱领域的实施方式。
此外,由多个连续管状层形成的管件的制造,这样外层比内层更硬,可从文献DE-849532的教导中得知。但是这种多层管的制造难以获得。且特别地,它很难去控制在其端部的连接器的焊接,因为它是由具有不同化学性质和不同焊接温度的多层构成。这种管件的焊接区使得它们非常脆弱且不适于承受高的拉伸阻力。
实用新型内容
本实用新型的目的特别在于提出一种最好地保护下入管柱的管件不受 机械侵害的方案,在平台上保持的装置不会碰到现有技术的缺陷。
为此目的,本实用新型的主题是从操作设备提取油气的下入管件的管状部件,该操作设备包括绕着具有的部件的纵向轴线旋转的主体,在其至少一个端部,具有用于将部件连接到另一个管状部件的第一连接器,此外,该部件用于至少暂时地通过装置抓取住周围区域,将部件保持在设备上,其特征在于,该部件包括,在夹持区之内,用于保护部件不受可能由保持装置引起的机械损失的涂层,该涂层由具有大于形成部件材料的硬度但小于70HRC值的硬度的材料制成。
特别地,根据本实用新型的管状部件可以承受大于750,000kg的拉伸阻力。根据本实用新型的管状部件还可以用于被驱动旋转的钻井管柱中。
由于本实用新型,涂层设置为管状部件和保持装置之间的交界面,使其能够减少可能由部件上的保持装置形成的槽其深度,并因此保持部件的完整性。因而,这能够缓解刚刚出现的任意缺陷,还可以减少在部件夹持区域发生的出现裂缝的任意危险。
由于涂层的物理硬度性能,后者具有足够的韧性以变形,大体上沿着保持装置的磨损表面的轮廓变形,且还要足够硬,以保证管状部件的有效保护。相对韧性保证应力分布的更为均匀,并因此减少了应力集中因素。涂层的长度适于,比如作为与特别是保持装置和使用者实际操作有关的需要及尺寸限制的函数。
此外根据本实用新型的部件包括以下的特征中的一个或多个:
涂层是牺牲型涂层;
涂层的硬度在部件到涂层的方向上是逐步增加的;
涂层的硬度在距离部件一定距离处具有最大硬度,部件被涂覆在部件上且涂覆在离其外表面一定距离处,该外表面旨在与保持装置形成接触;
该涂层由多层形成;
从第一连接器的端部表面延伸到主体的最多三分之一处的周边夹持区域;
第一连接器具有阴螺纹;
具有部件,在其另一端部处,提供有具有阳螺纹的第二连接器;
一个或多个连接器通过焊接连接到主体,形成了将连接器连接到主体的支座;
涂层使得连接支座露出来;
可选地,涂层覆盖了连接器之一,优选地为阴连接器,和主体之间受到焊接热力影响的区域的至少一部分;
主体的厚度大于12.7mm;
涂层具有大于管状部件表面粗糙度的粗糙度,从而便于保持装置粘附到部件主体;
涂层的厚度大于1mm,优选地大于2mm;
通过如电弧类型或者电镀的热力喷涂获得的层而形成涂层;
涂层包括合金,其包括至少一种或多种选自镍、铬、钼、钨、硼的主要元素;
所述合金包括至少一种或多种选自硅、碳、铬、硼、钒、钛、磷、钨、铁和铝的次要元素;
该区域在主体端部开始并延伸比如超过约1.5米。
附图说明
图1表示了采油平台,显示了根据本实用新型管状部件的管柱的组装阶段;
图2表示了图1采油平台的详细视图;
图3表示了根据本实用新型的一组三个管状部件的拆解透视图,
图4表示了根据本实用新型的管状部件的部分截面视图,该部件被图1中平台上的保持装置抓取住;
图5表示了形成为保持装置某部分的楔形件的示意图;
图6表示了沿着图3中成组管状部件的纵向轴线的横截面图;
图7为图4的横截面的示意性顶视图。
具体实施方式
如图1所示,附图标记10表示钻井设备,本实用新型可以有利地使用于该设备中。在所述的示例中,设备10包括离岸平台12,位于海或海洋的表面。
该平台12通常安装有一定数量的配件,用于钻井以及后续的井的操作。在所述示例及图2中详细所示,平台12包括,特别地,安装有旋转台和多个配件的井架14,这些配件使得可以处理并抓取用于制造井和开采井的各种 元件。在公知方式中,旋转台16能够通过未示出的装置驱动,使其特别地能够旋转设定,比如设定井的钻井管柱。
如图1所示,平台12包括浮动支撑18,以使其保持基本位于水的表面S的水平线上。平台12因此位于与钻入海底F的离岸井平齐的线上。离岸井20可以具有或者不具有套管。此外,作为变形,当海没有那么深时,平台12可有选择地直接靠在海底上。
为了操作,钻井,或者还有井的制造,设备10还包括一组相互连接的管状部件,以形成具有变化功能的管柱。因此,例如,管柱可用于钻井。这种情况下,使用“钻井管柱”更为准确。它们还可以用于制造钻井的套管,或者还可以用于实际开采井或者还可以在井内(下入管柱)传递该管柱。所有这些管柱大体上通过从钻井平台开始端对端放置管柱部件而制造成。
如图2所示,设备10还可以包括立管22,在浮动或半浮动平台12及井20之间形成管道,且一个或其他上述所列举的管柱在其中延伸。其主要功能特别地在于保护在管道内延伸的管柱抵御外部环境。立管22可以例如从平台12开始悬挂。
如附图所示的示例中,图1中所示形成的管柱为下入管柱24。生产或套管管件通常设置为两个阶段:形成将被安置的管柱的第一阶段和在管柱被安置之后形成下入管柱的第二阶段。因此,在所示的示例中,生产过程中的下入管柱24通过其下端24A与管状部件的另一个管柱26连接,比如例如套管管柱,并且通过其上端24B与平台12连接。例如,两个管柱24和26通过特殊连接件28相互连接。
因此,如图3所示,下入管柱24的一部分,在拆除状态,包括三个管状部件30。更适宜的,每个管状部件30包括围绕纵轴X旋转的主体32,并具有其端部34B中的至少一个,其第一连接器36B用于将管状部件30连接至另一个管状部件。例如,第一连接器36B具有阴螺纹。
在此示例中,还具有管状部件30,在其另一个端部中,第二连接器36A具有阳螺纹。如图3所示,管状部件30彼此之间可通过拼凑相互配合。连接器36通过焊接连接至主体32,形成支撑38将连接器36连接至主体32。
通常,用于形成下入管柱24的管状部件30的直径比标准管状部件的直径大。例如,通常用于此类型管件的直径大于127mm(5英寸)。此外,该部件通常具有增大的厚度,例如大于12.7mm(0.5英寸)。此外,管状部件 优选为由高于105KSI(725MPa)级别的材料制造,并且一般高于135KSI(931MPa)。此属性使它们可以经受住非常高的拉伸力与它们支撑的管柱的质量。然而,可变形的是,下入管件可通过管柱管件形成。
如图2所示,为了生产此组件并将它们保持在平台12上,设备10安装有用于保持管状部件30的装置40。如在该图中可见,保持装置40包括例如用于固定管状部件30的下盖板42,且因此在生产过程中的该管柱固定到平台12。通过抓取最后的管状部件30,该下盖板(底盖)42使其能够将管柱保持在平台12上,该最后的管状部件30借由比如在形成中的管柱24的上端部24B连接。在图2中还可见,保持装置40还包括用于悬挂并升起管状部件30(或者几个部件)的上盖板44,从而将其连接到已经形成的管柱24的某部分其最后的部件。因此在图2中可见,第一管状部件30通过上盖板44悬挂起来,而第二管状部件30,在管柱24的上端,通过下盖板42被固定到平台12上。
保持部件40的上下盖板42和44在图4中详细示出。优选地,下盖板42包括至少一个楔形件46。在所述实施例中,下盖板42包括多个楔形件46,例如3个(图7),其能够基本上沿着管状部件30的主体32的外形,并以非常紧的方式夹紧它。下盖板42还优选地包括由此实施例中的旋转台16形成的主体48。该旋转台16因此包括用于容纳楔形件46的壳体50。在所述实施例中,下盖板42还包括定位在楔形件46和旋转台16之间的适配部分52,使其能够便于楔形件46在主体中的定位。
楔形件46的详细视图在图5中示出。楔形件46因此在本例中具有为锥形部分的大概形状,并具有用于保持部件的抓取表面54。比如,下盖板42包括多个抓取元件56,例如为爪型,其能够抓紧管状部件30。每一抓取元件56比如通过由处理钢制成的条形成。此外,上悬挂盖板44包括,如图4中详细所示,主体提供有用于引导管状部件的孔,并连接到提升装置47上,如图2所示。
如在图4和6中可见,管状部件用于至少暂时地在周围区域Z被抓紧,以通过保持装置40夹紧该部件。在该实施例中,这个区域Z从第一连接件36B的一端边缘延伸到主体32的最多三分之一处。在这个实施例中,区域Z包括第一Z1区和第二Z2区:
第一区Z1用于由下盖板42夹持部件30,
第二区Z2用于由上盖板44夹持部件30。
通常,管状部件30具有包括在八和十四米(即,大约25-45英尺)之间的长度。在所示实施例中,管状部件30具有十米(大约30英寸)的标准长度。这种情况下,区域Z比如延伸到两米(八英寸),及小于部件30标准长度的三分之一。优选地,区域Z从距离阴连接器36B的端部边缘0.5米(十九英寸)的地方开始,该长度大约相应于这个管件阴连接器36B的标准长度。区域Z再次情况下沿着管状部件30的轴线X延伸超过长度1.5米(六十英寸)。此外,第一区Z1延伸比如超过0.5米(大约20英寸),且第二区Z2也执行相同的情况。这些区Z1和Z2在所示实施例中是不同的。然而,可选地,在未示出的变形中,区Z1和Z2可至少部分地重叠。这个区域Z的限定或者两个区Z1和Z2的限定,取决于不同的参数,比如管状部件的尺寸、保持盖板的保持表面、连接器长度36B等。
根据本实用新型,为了保护部件30不受到可能由保持装置40引起的,特别是由下盖板42的爪引起的机械损害,部件30包括保护涂层58。更特别地,涂层58由具有硬度大于支撑部件30但小于70洛氏硬度值的材料制造,硬度在C度(公知其缩写表示为HRC),优选地小于50HRC值。
在该实施例中,爪由硬度大体上等于55HRC的材料制成。优选地,涂层58由硬度小于爪材料的硬度的材料制成,因此在此例中,小于55HRC。在爪对部件夹持期间,涂层58与爪相比的相对韧性,使得涂层58的变形与爪的表面轮廓一致,因此应力均匀分布。此外,涂层58与管状部件30相比的相对硬度使得部件30得到有效的保护。因此,比如,管状部件30具有大体上等于二十八(28)HRC的硬度值。
涂层58比如由合金材料制成,其中:
一个或多个主要元素选自镍、铬、钼、钨、硼;
一个或多个次要元素选自硅、碳、铬、硼、钒、钛、铁、镁和铝;
不同合金元素的数量选择为获得本实用新型所需的硬度特性。
比如,适于本实用新型的合金组成包括45%的铬、6%的硼作为主要元素,而硅(2%)、铁和硫(小于0.1%)作为次要元素。测得的硬度为58HRC。
另一适宜的组成包括20%的铬、15%的钼、10%的钨作为主要元素,而碳(<2%)、镁(<5%)、硅(<2%)、硼(<5%)和铁作为次要元素。测得的硬度为54HRC。
另一适宜的组成比如为具有商品名:来自MacDermid的NIKLAD XD7647。特别地,其是结合了镍和磷的组合物,按质量算,镍的比例为88至90%,磷的比例为10至12%。
比如,适于形成这个涂层的商业组合物是那些比如由提出且特别地在US-2010-0044110中记载的组合物。优选地,这样的材料其沉积通过电镀(金属化)加工,通过电弧加热并在主要由氮气构成的受控制环境中喷洒微粒,在材料表面获得聚合。可选地,由公司提出的组合物,比如商标为CF Hardbanding,号码#SH9500U16,并特别地在文献WO-2011-0593928中公开的组合物也可以使用。优选地,这样的材料其沉积在主要由CO2组成的受控制环境中执行Schoopage加工而进行。
可选地,这个涂层可以通过电化或者化学镀金属涂覆到管状部件的表面上。
基于镍和钨的另一涂层组合物具有根据本实用新型使用的表面其所需的硬度特性。
特别地,涂层组合物可以在连接器和主体32之间的焊缝其水平位置上涂覆。事实上,焊缝和相邻区域通常被称为热影响区。将连接器焊接到主体的标准方法为摩擦焊。
特别地,这样的涂层组合物可包括60%质量的镍和40%质量的钨。这样的组合物可以,比如在提出的商业参考镍-钨代码5711下获得。它可以具有在58和60HRC之间的硬度。有利地,这样的涂层涂覆到直接涂到了主体或焊缝的表面上的中间粘结层上。特别地,这个中间粘结层由镍酸,比如可以买到的由提出的参考2080/5600,制成。特别地,这样的镍酸包括至少在5到10%质量的柠檬酸,5-10%质量的甲酸镍和10-20%的硫酸镍。这样的基于镍和钨的涂层其额外的优点在于其为对抗腐蚀和与裂缝相关的危险提供了良好的保护。
特别地,具有在焊缝水平位置处及更为广泛地提供在热影响区域上的涂层可以不同于或相同于涂覆到主体上的涂层材料,但是在所有情况下,其都要具有小于70HRC的硬度,且最好在50-60HRC之间,优选地还可以在55-60HRC之间,或者50-55HRC之间。
优选地,涂层58由热喷涂产生。这是由喷涂待涂覆到管状部件表面的材料的加热颗粒而构成,比如这些材料可以通过磨砂或者提前准备好。颗粒 在部件30上的积聚便形成涂层58。这个方法特别地具有防止管状部件30暴露在太高并可损害其机械完整性的温度下的优点。事实上,当颗粒被喷涂到管状部件30的表面上之时,颗粒再次被加热及冷却。
例如,涂层58可以通过电弧热喷涂法制造。这个方法基于通过电弧熔化由待喷涂的材料形成的一条或多条金属丝。优选地,熔化的材料通过压缩气体(比如空气)气化,并因此喷涂到待硬化表面的部分上。特别地是由于高喷涂速度和高温的结合而使得此方法可以获得具有高粘度和地渗透性的涂层。
作为变形,涂层58可以通过电镀制造。这种情况下,所使用的产品大体上为基于氨基磺酸镍的组合物。在本例中获得的涂层继而具有洛氏硬度为50HRC。
优选地,涂层58的硬度在从部件30到涂层58的方向上逐渐地增加。涂层58的这一性能使其能够,特别地,保证涂层在管主体上的更好的粘合性。为了产生这样的硬度渐变,需要形成包括多层的涂层58,每一层由具有预定硬度的材料制成,且其硬度在从部件30到涂层58的方向上的值增加。
此外,在所述实施例中,涂层58的厚度大于1mm,且优选地大于2mm。这个最小厚度使其相对于可能由比如下盖板42的爪制造的痕迹的深度对部件保证充分的保护。
根据本实用新型,涂层58在周围的夹持区域Z之中延伸。在本例中,涂层58大范围地,或者甚至完全地覆盖第一区Z1,且优选地也覆盖第二区Z2。可以设想覆盖整个区域Z或者只覆盖第一区Z1或者只覆盖第一区Z1和第二区Z2。本领域技术人员均知晓如何优选调整涂层58的尺寸,从而获得由本实用新型提供的好处,即是作为设备不同限制的功能。区Z1和Z2的限定以及因此对区域Z的限定取决于保持装置的尺寸限制和或取决于使用者的实际操作。
此外,涂层58优选地使得联合支座38露出来。比如,涂层58延伸到阴连接器36B和主体30之下,如图6所示。保持不受覆盖的联合支座38因此形成了可视标记,从而,在用于夹持部件的下盖板和上盖板42和44的定位期间,防止后者绕着形成了部件30的相对脆弱区的联合支座38而偶然地夹持部件30。在该图中,主体32具有大体上柱状的形状。当然,这个显示是示意性的。在变形中,主体32因而可以具有厚度可变的轮廓。比如,主 体可局部地具有由外直径减少和/或由于内直径增加而形成的较薄部分。这种情况下,涂层可至少部分地绕着管主体的薄化区延伸。
优选地,涂层58为牺牲型涂层。万一其显著退化之时它因此可以可选地被替换。特别地,这个涂层58是吸收了大部分应力和与爪的夹持有关的变形。主体32在这个涂层58的保护之下不会有很大的改变。
为了便于下盖板42粘附或者固定到部件30上,涂层58优选地具有大于管状部件30表面粗糙度的粗糙度。比如,为了获得所需粗糙度,可以利用各种技术手段,比如机械加工,局部或者广泛的研磨,等等。
现在将说明根据本实用新型的管状部件30其操作的主要内容。初始,下入管柱24,如图2所示,在形成期间,且从平台通过管柱表面部件悬挂起来。这个部件由下盖板42抓取。一旦从表面部件上悬挂起来的一个或多个管柱部件已经连接,部件形成过程中的管柱被放下基本上等于管柱部件所增加的长度那么长的距离。一方面,这个控制操作比如通过由升降机支撑的上悬挂头完成,该升降机被连接到平台(未示出)的提升系统上,另一方面,可以通过能够释放表面部件从而使得形成中的管柱下放到最后新进连接的部件上的下抓取盖板来完成。形成管柱的过程操作越进行下去,由管柱重量形成在被抓取表面部件之上的拉伸阻力越大。
由于本实用新型,最后的暂时性被抓取的表面部件受到涂层58的保护,使其不受可能特别地由保持盖板的抓取元件引起的机械损害。此外,当这个涂层58受损太严重且其效率因此减少,其可以有利地在不损害部件30自身的情况下被替换。这使得能够延长这样的管状部件30的寿命。
当然,其他实施方式可以在不超过本实用新型范围的情况下想象得到。因此,本领域技术人员可以在刚刚通过示例说明的本实用新型的基础上进行各种改进。
Claims (15)
1.从操作设备(10)下入用于采油气的管柱的管状部件(30),包括绕着所具有的部件(30)的纵向轴线旋转的主体(32),在其端部(34A,34B)中的至少一端(34B),具有用于将部件(30)连接到另一管状部件(30)的第一连接器(36B),此外该部件(30)通过装置(40)至少暂时地被夹持在周围区域(Z)中,用于将保持部件(30)保持在设备(10)上,其特征在于该部件(30)包括:在夹持区域(Z)内的、用于保护部件(30)防止可能由保持装置造成的机械损伤的涂层(58),制造该涂层材料的硬度大于形成部件(30)的材料的硬度但小于70HRC值。
2.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)为牺牲型涂层,这样其吸收了大部分由保持装置引起的变形。
3.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)的硬度在从部件(30)到涂层(58)的方向上逐渐增加。
4.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)由多层组成。
5.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)的硬度在远离其涂覆的部件处具有最大硬度,并且还在远离用于与保持装置接触的部件外表面处具有最大硬度。
6.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:抓取区域(Z)在第一连接器(36B)的端面直到主体(32)的最多三分之一处之间延伸。
7.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:在所述端部(34A,34B)中的另一端(34A)处,具有带阳螺纹的第二连接器(36A)。
8.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:所述第一连接器(36B)和第二连接器(36A)通过焊接连接到主体(32),形成了将第一连接器(36B)和第二连接器(36A)连接到主体(32)上的支座(38),涂层(58)没有覆盖连接支座(38)。
9.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:主体(32)的厚度大于12.7mm。
10.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)的粗糙度大于管状部件(30)的粗糙度,以利于保持装置(42)附接到部件(30)的主体(32)。
11.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)的厚度大 于1mm。
12.根据权利要求11所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)的厚度大于2mm。
13.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)由通过电弧类型或电镀类型的热喷涂获得的层而形成。
14.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:涂层(58)包括合金。
15.根据权利要求1所述的部件(30),其特征在于:区域(Z)从主体端部开始,并延伸超过1.5米。
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