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2010-09-19 10:50:08王德敬毛連義夏秋田趙長(zhǎng)亮
地質(zhì)裝備 2010年6期
王德敬 毛連義 夏秋田 趙長(zhǎng)亮
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院 山東德州 253015)
河北某地?zé)峋幚泶胧?/p>
王德敬 毛連義 夏秋田 趙長(zhǎng)亮
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院 山東德州 253015)
本文通過(guò)具體工程施工,闡述了在鉆進(jìn)泥膏地層出現(xiàn)坍塌的原因,總結(jié)了坍塌的現(xiàn)象、危害及處理措施。
鉆井液 坍塌 處理措施
1 前言
我公司于2009年8月15日受河北某有限公司委托,在河北施工一眼井深3500m地?zé)峋?在穿過(guò)泥膏巖地層鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象,引起施工困難,曾一度出現(xiàn)提下鉆遇阻現(xiàn)象,最大阻力曾增加40t,給施工帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。我公司技術(shù)人員利用鉆井液技術(shù)進(jìn)行處理,解決了坍塌的現(xiàn)象,降低了施工風(fēng)險(xiǎn),順利穿過(guò)泥膏層,安全下入技術(shù)套管對(duì)該地層進(jìn)行有效封隔,大大減輕了后續(xù)施工的風(fēng)險(xiǎn)。于2010年1月15日順利完成施工任務(wù)。本文結(jié)合實(shí)際情況詳細(xì)闡述了此類(lèi)地層坍塌的原因、危害及處理措施,給此類(lèi)地區(qū)進(jìn)行鉆井施工提供借鑒作用。
2 工程概況
2.1 井身基本情況
此地?zé)峋窃摴驹谂ｑ勬?zhèn)地區(qū)發(fā)育的牛東斷裂構(gòu)造上部署的一口地?zé)峋?設(shè)計(jì)井深3500m,設(shè)計(jì)為四開(kāi)井。鉆探目的層為薊縣系霧迷山組。一開(kāi)井眼尺寸:φ444.5mm,完鉆井深:365m,套管尺寸:φ339.7mm,套管下深:360m,二開(kāi)井眼尺寸:φ311.1mm,完 鉆 井 深:2565.00m,套 管 尺 寸:φ244.5mm,套管下深:2565.00m,三開(kāi)井眼尺寸:φ215.9mm,完 鉆 井 深:3053.00m,套 管 尺 寸:φ177.8mm,套管下深:3053.00m,四開(kāi)井眼尺寸:φ152.4mm,完鉆井深 :3500.00m,裸眼完井 ,該井由于井身結(jié)構(gòu)和地層較復(fù)雜,增加了施工難度。
2.2 該井所鉆遇地層情況
依據(jù)甲方所提供該井可行性論證,可知該井自上而下所鉆遇地層為:
0～407m,第四系Q,棕黃色粘土層與砂礫層呈不等厚互層,性松軟,可鉆性極好,與下伏地層呈不整合接觸。
407～925.0,上第三系明化鎮(zhèn)組Nm,棕紅色泥巖與灰色、灰黃色砂巖、砂礫巖呈不等厚互層,與下伏地層呈角度不整合接觸。
925.0～2560.0,下第三系沙河街組 Es+孔店組 Ek,灰色泥巖與灰色、灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖呈不等厚互層,與下伏地層呈不整合接觸。
2560.0～2800.0,寒武系 ∈,雜色、灰色灰?guī)r 、鮞灰?guī)r與棕紅色泥巖呈不等厚互層,與下伏地層呈平行不整合接觸。
2800.0～3050.0,青白口系Qn,巖性為紫紅色、灰綠色泥灰?guī)r,棕紅色泥巖,灰色石英砂巖,與下伏地層呈平行不整合接觸。
3050.0～3250.0,薊縣系鐵嶺組Jxt,巖性為灰色白云巖,灰質(zhì)白云巖夾薄層深灰色泥巖。
3250.0～3500.0,霧迷山組Jxw,顏色為灰色、灰白色白云巖、灰質(zhì)白云巖、硅質(zhì)白云巖。
2.3 該井所使用的施工工藝
(1)依據(jù)工程概況選用主要設(shè)備見(jiàn)表1
表1
(續(xù)表)
(2)井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
(3)鉆進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表2。
表2
圖1
(3)鉆井液工藝選擇見(jiàn)表3
表3
(4)固井工藝
表層套管,套管串結(jié)構(gòu)(由上至下):浮鞋+套管1根+浮箍(內(nèi)插座)+套管串,采用普42.5R硅酸鹽水泥,水泥漿密度1.8g/cm3,水泥返出地面。施工結(jié)束后,如果井口水泥漿面下沉,必須注水泥漿補(bǔ)充。
二開(kāi)固井,套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥傘+3根套管+注水泥轉(zhuǎn)換器+5根套管+變徑轉(zhuǎn)換接頭+鉆桿,采用 G級(jí)水泥,水泥漿密度1.8g/cm3。
三開(kāi)固井,套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥傘+3根套管+注水泥轉(zhuǎn)換器+5根套管+變徑轉(zhuǎn)換接頭+鉆桿,采用 G級(jí)水泥,水泥漿密度1.8g/cm3(根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)地層情況調(diào)節(jié)水泥漿密度,確保水泥漿返高)。
3 井塌發(fā)生段施工情況
當(dāng)施工至井深2177m,出現(xiàn)提下鉆遇阻現(xiàn)象,吸附增加,靜止5分種,阻力即增加40t。再次下鉆,在1970m時(shí)遇阻,開(kāi)泵循環(huán),邊掃孔邊下鉆,下鉆進(jìn)尺很慢,同時(shí)孔內(nèi)返出大量巖屑。如此反復(fù)提下鉆,每次提鉆后再下鉆,到已經(jīng)掃孔完畢的井段又出現(xiàn)下鉆遇阻現(xiàn)象。此時(shí)對(duì)泥漿進(jìn)行重新測(cè)試,發(fā)現(xiàn)泥漿性能變差,p H值達(dá)到6.8,失水量達(dá)到40。我們專(zhuān)門(mén)取樣進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)地層與甲方所提供地層有所不同,自1970m已開(kāi)始大量出現(xiàn)泥膏層,泥膏層對(duì)鉆井液的污染,造成泥漿性能?chē)?yán)重變差。必須重新調(diào)整泥漿性能,才能繼續(xù)施工,不然會(huì)出現(xiàn)更大事故。
4 井塌處理措施
4.1 井塌發(fā)生的原因
經(jīng)過(guò)我們對(duì)泥漿及地層的取樣分析,證實(shí)此次井塌的原因大致有如下幾點(diǎn):
(1)該井段地層屬于泥膏層,易吸水澎脹,產(chǎn)生剝蝕,從而發(fā)生井塌。
(2)鉆井液因泥膏層的侵入對(duì)泥漿產(chǎn)生了污染,造成失水量大大增加,加速了泥漿對(duì)地層的侵入,從而加速井塌發(fā)生。
(3)因?qū)Φ貙游烀浽斐傻牡貙訅毫Σ涣私?致使液柱壓力和地層壓力不平衡,壓力差可能小于該井段地層的澎脹應(yīng)力,從而使地層失去穩(wěn)定性,發(fā)生井塌。
(4)鉆井液性能不好,造成鉆頭泥泡,起鉆拔活塞,從而引起井塌。
4.2 井塌的危害
井塌發(fā)生后對(duì)工程施工產(chǎn)生很大危害,使鉆進(jìn)不能正常進(jìn)行,造成提下遇阻卡鉆,井徑擴(kuò)大,下鉆遇阻出現(xiàn)長(zhǎng)井段掃孔而且掃孔困難,同時(shí)也給后續(xù)施工帶來(lái)隱患造成固井質(zhì)量差。
4.3 井塌的處理措施
我公司技術(shù)人員經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析,并依據(jù)該井段地層特性有針對(duì)性的調(diào)整鉆井液性能,使鉆井液的p H值保持在8～10,適當(dāng)提高粘度達(dá)到60s,降低失水量使失水量小于14,并制定嚴(yán)格的鉆液性能監(jiān)測(cè)制度,有專(zhuān)人負(fù)責(zé)鉆井液性能調(diào)整,出現(xiàn)鉆井液性能改變時(shí),即時(shí)進(jìn)行調(diào)整,由2009年10月3日井塌發(fā)生時(shí)井深2177m,到2009年10月20日井塌解決恢復(fù)正常鉆進(jìn),前后長(zhǎng)達(dá) 17天。出現(xiàn)井塌井段為φ311mm井段,共參加循環(huán)泥漿為200m3,為調(diào)整泥漿性能自發(fā)生井塌后先后加入FCLS5T、NaOH5T、NaCO33T、高粘CMC2T、聚炳烯腈氨鹽3T,經(jīng)過(guò)加入以上這些藥品進(jìn)行調(diào)整,使泥漿性能達(dá)到護(hù)壁性能,泥漿性能變化情況可見(jiàn)表4。
表4
在調(diào)整后的鉆井液保證下,該井順利穿過(guò)泥膏層,安全施工至井深2565m進(jìn)行技術(shù)套管固井,保證后續(xù)施工的安全。到2010年1月15日順利施工至目的井深3508m終孔,完成全部施工任務(wù),進(jìn)行抽水試驗(yàn),水溫達(dá)到98℃,水量達(dá)到90m3,完全達(dá)到此次地?zé)峋┕さ哪康摹?/p>
5 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)
(1)井塌出現(xiàn)后及時(shí)進(jìn)行了鉆井液性能調(diào)整,保證安全施工是此次地?zé)峋┕ろ樌瓿傻年P(guān)鍵。
(2)本井在鉆進(jìn)1970m時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)地層變化,此時(shí)應(yīng)該及時(shí)對(duì)地層進(jìn)行驗(yàn)證,以確定用何種鉆井液適合。但因施工人員未對(duì)此種情況有足夠重視,直到鉆進(jìn)至井深2177m發(fā)生井塌時(shí),才提到鉆井液性能變差,從而造成近17天時(shí)間沒(méi)有進(jìn)尺。提示以后在進(jìn)行鉆井施工時(shí)應(yīng)隨時(shí)對(duì)地層進(jìn)行掌握驗(yàn)證,以便采用適當(dāng)?shù)你@井液。
(3)井塌發(fā)生后,未對(duì)井塌的出現(xiàn)做出正確認(rèn)識(shí)造成處理周期延長(zhǎng)。
(4)依據(jù)該工程出現(xiàn)井塌的情況可知井塌出現(xiàn)的現(xiàn)象大致有如下幾個(gè):返出巖屑增加,巖屑混雜有上部地層巖屑,有時(shí)有大量的巖塊返出;泵壓不穩(wěn),有時(shí)產(chǎn)生蹩泵現(xiàn)象,同時(shí)鉆井液的粘度、比重以及含砂量都增加;鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)蹩鉆,接單根下不到井底起鉆遇阻;下鉆下不到井底,下鉆過(guò)程中遇阻嚴(yán)重,掃孔時(shí)出現(xiàn)蹩鉆,打倒車(chē)現(xiàn)象,掃孔接單根困難,甚至越掃越淺。
1 中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司工程技術(shù)與監(jiān)督處.鉆井監(jiān)督.北京:石油工業(yè)出版社,2003
2 鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].山東東營(yíng):石油大學(xué)出版社,2001
The Treatment Measures for the Collapse of Geothermal Well in Hebei Province
In this paper,the atuhor describes the causes of collapses in drilling cream formation based on a construction project,summarized the phenomenon,damage and treatment measures of collapses.(by Wang Dejing et al)
Fluid,Collapse,Treatment Measure
2010年4月12日)
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王德敬 毛連義 夏秋田 趙長(zhǎng)亮
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院 山東德州 253015)
河北某地?zé)峋幚泶胧?/p>
王德敬 毛連義 夏秋田 趙長(zhǎng)亮
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院 山東德州 253015)
本文通過(guò)具體工程施工,闡述了在鉆進(jìn)泥膏地層出現(xiàn)坍塌的原因,總結(jié)了坍塌的現(xiàn)象、危害及處理措施。
鉆井液 坍塌 處理措施
1 前言
我公司于2009年8月15日受河北某有限公司委托,在河北施工一眼井深3500m地?zé)峋?在穿過(guò)泥膏巖地層鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象,引起施工困難,曾一度出現(xiàn)提下鉆遇阻現(xiàn)象,最大阻力曾增加40t,給施工帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。我公司技術(shù)人員利用鉆井液技術(shù)進(jìn)行處理,解決了坍塌的現(xiàn)象,降低了施工風(fēng)險(xiǎn),順利穿過(guò)泥膏層,安全下入技術(shù)套管對(duì)該地層進(jìn)行有效封隔,大大減輕了后續(xù)施工的風(fēng)險(xiǎn)。于2010年1月15日順利完成施工任務(wù)。本文結(jié)合實(shí)際情況詳細(xì)闡述了此類(lèi)地層坍塌的原因、危害及處理措施,給此類(lèi)地區(qū)進(jìn)行鉆井施工提供借鑒作用。
2 工程概況
2.1 井身基本情況
此地?zé)峋窃摴驹谂ｑ勬?zhèn)地區(qū)發(fā)育的牛東斷裂構(gòu)造上部署的一口地?zé)峋?設(shè)計(jì)井深3500m,設(shè)計(jì)為四開(kāi)井。鉆探目的層為薊縣系霧迷山組。一開(kāi)井眼尺寸:φ444.5mm,完鉆井深:365m,套管尺寸:φ339.7mm,套管下深:360m,二開(kāi)井眼尺寸:φ311.1mm,完 鉆 井 深:2565.00m,套 管 尺 寸:φ244.5mm,套管下深:2565.00m,三開(kāi)井眼尺寸:φ215.9mm,完 鉆 井 深:3053.00m,套 管 尺 寸:φ177.8mm,套管下深:3053.00m,四開(kāi)井眼尺寸:φ152.4mm,完鉆井深 :3500.00m,裸眼完井 ,該井由于井身結(jié)構(gòu)和地層較復(fù)雜,增加了施工難度。
2.2 該井所鉆遇地層情況
依據(jù)甲方所提供該井可行性論證,可知該井自上而下所鉆遇地層為:
0～407m,第四系Q,棕黃色粘土層與砂礫層呈不等厚互層,性松軟,可鉆性極好,與下伏地層呈不整合接觸。
407～925.0,上第三系明化鎮(zhèn)組Nm,棕紅色泥巖與灰色、灰黃色砂巖、砂礫巖呈不等厚互層,與下伏地層呈角度不整合接觸。
925.0～2560.0,下第三系沙河街組 Es+孔店組 Ek,灰色泥巖與灰色、灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖呈不等厚互層,與下伏地層呈不整合接觸。
2560.0～2800.0,寒武系 ∈,雜色、灰色灰?guī)r 、鮞灰?guī)r與棕紅色泥巖呈不等厚互層,與下伏地層呈平行不整合接觸。
2800.0～3050.0,青白口系Qn,巖性為紫紅色、灰綠色泥灰?guī)r,棕紅色泥巖,灰色石英砂巖,與下伏地層呈平行不整合接觸。
3050.0～3250.0,薊縣系鐵嶺組Jxt,巖性為灰色白云巖,灰質(zhì)白云巖夾薄層深灰色泥巖。
3250.0～3500.0,霧迷山組Jxw,顏色為灰色、灰白色白云巖、灰質(zhì)白云巖、硅質(zhì)白云巖。
2.3 該井所使用的施工工藝
(1)依據(jù)工程概況選用主要設(shè)備見(jiàn)表1
表1
(續(xù)表)
(2)井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
(3)鉆進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表2。
表2
圖1
(3)鉆井液工藝選擇見(jiàn)表3
表3
(4)固井工藝
表層套管,套管串結(jié)構(gòu)(由上至下):浮鞋+套管1根+浮箍(內(nèi)插座)+套管串,采用普42.5R硅酸鹽水泥,水泥漿密度1.8g/cm3,水泥返出地面。施工結(jié)束后,如果井口水泥漿面下沉,必須注水泥漿補(bǔ)充。
二開(kāi)固井,套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥傘+3根套管+注水泥轉(zhuǎn)換器+5根套管+變徑轉(zhuǎn)換接頭+鉆桿,采用 G級(jí)水泥,水泥漿密度1.8g/cm3。
三開(kāi)固井,套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥傘+3根套管+注水泥轉(zhuǎn)換器+5根套管+變徑轉(zhuǎn)換接頭+鉆桿,采用 G級(jí)水泥,水泥漿密度1.8g/cm3(根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)地層情況調(diào)節(jié)水泥漿密度,確保水泥漿返高)。
3 井塌發(fā)生段施工情況
當(dāng)施工至井深2177m,出現(xiàn)提下鉆遇阻現(xiàn)象,吸附增加,靜止5分種,阻力即增加40t。再次下鉆,在1970m時(shí)遇阻,開(kāi)泵循環(huán),邊掃孔邊下鉆,下鉆進(jìn)尺很慢,同時(shí)孔內(nèi)返出大量巖屑。如此反復(fù)提下鉆,每次提鉆后再下鉆,到已經(jīng)掃孔完畢的井段又出現(xiàn)下鉆遇阻現(xiàn)象。此時(shí)對(duì)泥漿進(jìn)行重新測(cè)試,發(fā)現(xiàn)泥漿性能變差,p H值達(dá)到6.8,失水量達(dá)到40。我們專(zhuān)門(mén)取樣進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)地層與甲方所提供地層有所不同,自1970m已開(kāi)始大量出現(xiàn)泥膏層,泥膏層對(duì)鉆井液的污染,造成泥漿性能?chē)?yán)重變差。必須重新調(diào)整泥漿性能,才能繼續(xù)施工,不然會(huì)出現(xiàn)更大事故。
4 井塌處理措施
4.1 井塌發(fā)生的原因
經(jīng)過(guò)我們對(duì)泥漿及地層的取樣分析,證實(shí)此次井塌的原因大致有如下幾點(diǎn):
(1)該井段地層屬于泥膏層,易吸水澎脹,產(chǎn)生剝蝕,從而發(fā)生井塌。
(2)鉆井液因泥膏層的侵入對(duì)泥漿產(chǎn)生了污染,造成失水量大大增加,加速了泥漿對(duì)地層的侵入,從而加速井塌發(fā)生。
(3)因?qū)Φ貙游烀浽斐傻牡貙訅毫Σ涣私?致使液柱壓力和地層壓力不平衡,壓力差可能小于該井段地層的澎脹應(yīng)力,從而使地層失去穩(wěn)定性,發(fā)生井塌。
(4)鉆井液性能不好,造成鉆頭泥泡,起鉆拔活塞,從而引起井塌。
4.2 井塌的危害
井塌發(fā)生后對(duì)工程施工產(chǎn)生很大危害,使鉆進(jìn)不能正常進(jìn)行,造成提下遇阻卡鉆,井徑擴(kuò)大,下鉆遇阻出現(xiàn)長(zhǎng)井段掃孔而且掃孔困難,同時(shí)也給后續(xù)施工帶來(lái)隱患造成固井質(zhì)量差。
4.3 井塌的處理措施
我公司技術(shù)人員經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析,并依據(jù)該井段地層特性有針對(duì)性的調(diào)整鉆井液性能,使鉆井液的p H值保持在8～10,適當(dāng)提高粘度達(dá)到60s,降低失水量使失水量小于14,并制定嚴(yán)格的鉆液性能監(jiān)測(cè)制度,有專(zhuān)人負(fù)責(zé)鉆井液性能調(diào)整,出現(xiàn)鉆井液性能改變時(shí),即時(shí)進(jìn)行調(diào)整,由2009年10月3日井塌發(fā)生時(shí)井深2177m,到2009年10月20日井塌解決恢復(fù)正常鉆進(jìn),前后長(zhǎng)達(dá) 17天。出現(xiàn)井塌井段為φ311mm井段,共參加循環(huán)泥漿為200m3,為調(diào)整泥漿性能自發(fā)生井塌后先后加入FCLS5T、NaOH5T、NaCO33T、高粘CMC2T、聚炳烯腈氨鹽3T,經(jīng)過(guò)加入以上這些藥品進(jìn)行調(diào)整,使泥漿性能達(dá)到護(hù)壁性能,泥漿性能變化情況可見(jiàn)表4。
表4
在調(diào)整后的鉆井液保證下,該井順利穿過(guò)泥膏層,安全施工至井深2565m進(jìn)行技術(shù)套管固井,保證后續(xù)施工的安全。到2010年1月15日順利施工至目的井深3508m終孔,完成全部施工任務(wù),進(jìn)行抽水試驗(yàn),水溫達(dá)到98℃,水量達(dá)到90m3,完全達(dá)到此次地?zé)峋┕さ哪康摹?/p>
5 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)
(1)井塌出現(xiàn)后及時(shí)進(jìn)行了鉆井液性能調(diào)整,保證安全施工是此次地?zé)峋┕ろ樌瓿傻年P(guān)鍵。
(2)本井在鉆進(jìn)1970m時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)地層變化,此時(shí)應(yīng)該及時(shí)對(duì)地層進(jìn)行驗(yàn)證,以確定用何種鉆井液適合。但因施工人員未對(duì)此種情況有足夠重視,直到鉆進(jìn)至井深2177m發(fā)生井塌時(shí),才提到鉆井液性能變差,從而造成近17天時(shí)間沒(méi)有進(jìn)尺。提示以后在進(jìn)行鉆井施工時(shí)應(yīng)隨時(shí)對(duì)地層進(jìn)行掌握驗(yàn)證,以便采用適當(dāng)?shù)你@井液。
(3)井塌發(fā)生后,未對(duì)井塌的出現(xiàn)做出正確認(rèn)識(shí)造成處理周期延長(zhǎng)。
(4)依據(jù)該工程出現(xiàn)井塌的情況可知井塌出現(xiàn)的現(xiàn)象大致有如下幾個(gè):返出巖屑增加,巖屑混雜有上部地層巖屑,有時(shí)有大量的巖塊返出;泵壓不穩(wěn),有時(shí)產(chǎn)生蹩泵現(xiàn)象,同時(shí)鉆井液的粘度、比重以及含砂量都增加;鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)蹩鉆,接單根下不到井底起鉆遇阻;下鉆下不到井底,下鉆過(guò)程中遇阻嚴(yán)重,掃孔時(shí)出現(xiàn)蹩鉆,打倒車(chē)現(xiàn)象,掃孔接單根困難,甚至越掃越淺。
1 中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司工程技術(shù)與監(jiān)督處.鉆井監(jiān)督.北京:石油工業(yè)出版社,2003
2 鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].山東東營(yíng):石油大學(xué)出版社,2001
The Treatment Measures for the Collapse of Geothermal Well in Hebei Province
In this paper,the atuhor describes the causes of collapses in drilling cream formation based on a construction project,summarized the phenomenon,damage and treatment measures of collapses.(by Wang Dejing et al)
Fluid,Collapse,Treatment Measure
2010年4月12日)
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