油油气田勘探开发历史程序有哪些

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油气田勘探开发流程简述
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油气田勘探开发流程简述(PDF)
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春风油田高速高效勘探开发过程及启示
&&来源:当代石油石化&&作者:王学忠 王金铸&&日期:
  1& 的发现过程
  春风油田位于车排子凸起东北部,车排子凸起是准噶尔盆地西部隆起的亚一级构造单元,西北临扎伊尔山,东部通过红车断裂带与昌吉凹陷相接,南部与四棵树凹陷相连。在春风油田南部,春光油田自排2井2005年获得突破以来,共在沙湾组上报石油探明地质储量933万吨,已建成47万吨/年的产能。中国石油已探明车排子、红山嘴和小拐等油田,其中车排子油田位于春风油田的东南方,相距约38千米,红山嘴油田位于春风油田的东北方,相距约26千米。
  春风油田是中国石化在车排子地区发现的第二个油田,其勘探历程可分为3个阶段。
  第一阶段:年,区域预探、战略侦察阶段。该阶段利用新疆局老二维地震资料部署探井2口:排1和排103。这两口井虽然在白垩系、侏罗系和石炭系见到不同程度的显示,但未获得工业油流。
  第二阶段:年,重点突破、区域甩开阶段。排2井突破以后,根据地震资料及相关资料综合分析,认为排2井以北是沙湾组超覆尖灭带,可形成大型的地层岩性圈闭,为进一步扩大新近系沙湾组的勘探成果,部署了排6井。
  排6井为春风油田第一口试油获油流井。该井日开钻,6月4日完钻,完钻井深665.0米。为扩大排6井油层的含油范围,日至8月13日,在排6井南部约5.5千米处钻探排602井,2007年9月,在排6井南约2.6千米处钻探排601井,日至7月8日,在排6井以北4.6千米处钻探车浅1-1井,这三口井均在沙湾组一段钻遇油层并测试获油流。这三口井的钻探迅速扩大了该区的勘探成果,并于2005年上报N1s排6块预测含油面积22.46平方千米,预测石油地质储量1426万吨。但由于该油层厚度薄,砂体分布复杂,该区的二维资料难以满足勘探开发的需要。
  第三阶段:年,滚动勘探、探明储量阶段。随着勘探节奏不断加快,胜利油田分公司构建了以新疆勘探开发中心为主体、以西部新区研究中心和各专业技术服务公司为技术支撑的运行体系。提出车排子地区沙湾组“两个物源、三种类型、网毯运聚”的油气成藏观点。车排子北部沙湾组具有西南、西北两个方向的物源,扇、扇三角洲、滩坝三种沉积类型,远源油气、网毯运聚,发育“滩坝砂”和“低位扇”两种砂体类型,提出“多油源、多期次、多层系、多类型、多品位”多元耦合的油气成藏观点。
  排6二维满次覆盖面积390.3平方千米。用三维地震资料进行描述,基本明确了排6三维区沙湾组油层的分布特征。2009年重点针对排601区块发现的砂体部署滚动井12口,均钻遇油层。对排601-平1、排601-平2和排6-平1进行试采,均获得工业油流,其中排601-平1井投产初期最高产量可达40.2吨/日。目前,区块内共有投产井41口。
  2& 春风油田地震和地质特征
  2.1& 春风油田排601区块地震特征
  排601区块已完成三维地震390.3平方千米,最大满覆盖次数84次,地震面元10米X20米(细分),采样率1毫秒,有效频宽0-140Hz,主频为50Hz。根据widess楔状砂体经典理论模型计算,排6井三维地震剖面时间分辨率为10米左右,振幅能量分辨率为5米左右。排601区块砂层厚度一般为5-12米。其上为大套泥岩,下伏白垩系为厚层泥岩,砂体底面地震反射对应波谷,中强振幅,为连续性好可追踪的同相轴,因此可用振幅能量追踪法描述含油砂体。
  排601区块沙湾组底部1砂组埋深一般在220-600米,为扇三角洲前缘沉积,上下围岩皆为泥岩,泥岩段厚一般为5-20米,单砂体厚度多在5-15米,据测井统计,砂岩速度一般在2100米/秒,泥岩速度2350米/秒。因此,这种特殊岩性圈闭在地球物理特征上表现出的明显层速度差异导致波阻抗、振幅特征等异常,使岩性砂体在地震反射轴上较容易追踪。
  车排子排6高精度三二维地震资料地震面元10米×20米,资料质量较好。利用合成地震记录资料进行了地震地质层位的综合标定。合成地震记录与实际地震剖面波组对应关系良好,相关图上呈正态分布。应用时间偏移剖面,对地震反射标准层进行精细追踪解释。运用时间切片、相干体剖面与切片辅助解释断层,确保断层解释和平面组合的准确与合理。应用变速成图技术完成成图工作,编制了排6三维沙湾组底面构造图。
  排601区块由于地处荒漠,地震采集干扰因素较少,三维地震采集质量较高;油藏埋深430-570米,地震资料分辨率较高;地震主频为50Hz左右,时间分辨率10米左右,振幅能量分辨率5米左右。排601区块砂体厚度一般为5-12米,其上为大套泥岩,下伏白垩系为厚层泥岩,砂体底面地震反射对应波谷,中强振幅,为连续性好可追踪的同相轴。排601区块砂体构造背景是一南倾的宽缓斜坡,被排6断层穿过,地层倾角2°,为开展地震解释提供了便利条件;沉积类型由最初认为的以辫状河沉积为主转变为以扇三角洲前缘沉积为主;油藏类型由最初认识的岩性油藏转变为岩性—地层油藏,油层感应电阻率大于4.5Ω·m,声波时差大于377ms/ft;水层感应电阻率2.8Ω·m,声波时差115ms/ft[1]。解放了思想,探井部署更加大胆,迅速打开了勘探局面。
  2.2& 地质特征
  2.2.1& 区域地质特征
  1)区域构造特征
  车排子凸起属于准噶尔盆地西部隆起的次一级构造单元,其东面以红—车断裂带为界与昌吉凹陷及中拐凸起相接,南面为四棵树凹陷,西面及西北面为扎伊尔山,北面与克—夏断褶带相接。从平面形态上看,车排子凸起呈三角形,其主体走向为北西—南东向。该凸起具有不均衡隆升特点,在西北部扎伊尔山前隆起最高,向东部、南部隆起幅度逐渐降低,其东南角至奎屯-安集海一带逐渐隐伏消失。
  2)地层划分与分层特征
  据钻井揭示,车排子凸起地层发育不全,自下而上发育石炭系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系。新近系车排子地区主要发育沙湾组、塔西河组和独山子组,地层南厚北薄,由南向北超覆,岩性为砂岩与泥岩不等厚互层。第四系为灰色细砂岩、砂砾岩夹灰色薄层泥岩、粉砂岩。
  3)油气聚集条件
  车排子凸起东北邻盆1井西凹陷,东邻昌吉凹陷,南邻四棵树凹陷及北天山山前断褶带,且长期处于构造高部位。昌吉凹陷二叠系和中下侏罗统烃源岩都十分发育,而四棵树凹陷及其南部的山前断褶带主要发育中下侏罗统烃源岩,油源较为充足。昌吉凹陷的油气可通过红—车断裂带运移至凸起之上,四棵树凹陷的油气可通过不整合面运移至车排子凸起。由于多期的抬升沉降,车排子凸起断裂系统发育,地层间形成多个不整合面,且斜坡南部沙一段骨架砂岩发育,三者相配合,形成良好的油气运移通道。从排6井地层倾角测井图看,不整合面在434.0米。北部已发现的油气藏都处于这2个不整合面附近。应用地球化学分析技术研究发现,排601区块沙湾组稠油主要来自南部四棵树凹陷侏罗系烃源岩,部分受到白垩系烃源岩的侵染。
  2.2.2& 构造特征
  车排子地区构造较为简单,基岩顶面及沉积盖层均为区域性南东倾的单斜,地层倾角约2°左右,比较平缓。受区域张扭性应力影响,发育了一系列低级序高陡、近直立断层(如排6断层),落差一般在8米左右,延伸长度一般在2-10千米。排601砂体构造背景是一南倾的宽缓斜坡,被排6断层穿过。断层高陡,断距大于10米。
  2.2.3& 储层特征
  1)沉积相特征
  沙湾组在车排子地区分布广泛,自西北向东南地层厚度增大,在东南部可达400米以上。与上覆塔西河组呈削蚀不整合接触,与下伏地层超覆接触。
  沙湾组沉积前的古地貌研究表明,沙湾组一段沉积期,古地势高差较大,在西北部发育一个较高凸起,可提供物源,该凸起东部及东南部地形相对比较平缓,但在排6三维区局部存在古高。根据单井相、砂体厚度分布和连井对比分析认为,车排子西北方向主要发育多个小型扇三角洲,南部主要发育物源来自西南方向的大范围扇三角洲。排6三维区为两套沉积体系交汇区,扇三角洲前缘砂体发育,这些砂体受古地形和湖水进退的控制。来自西南和西北两个方向的扇三角洲推进时在上倾方向形成的相变带是有利的含油气区域。
  沙湾组一段岩性自南向北有规律地变化。南部主要为大套灰色砾状砂岩夹薄层绿灰色泥岩,向北砂岩逐渐变薄,泥岩逐渐变厚,至车浅1-5区块,砂岩再次增厚,到车浅4井整个沙湾组变为大套砾岩的扇根沉积,这一特征在排204井-车浅1井地层对比图上有很好体现。表明沙一段有西北和西南两个物源。同时观察排601-平1等多口井的沙一段的岩芯,岩性自下而上为砾岩、含砾中粗砂岩、泥岩,粒级自下而上逐渐变小,具有正旋回的特征。综合分析认为该套储层为扇三角洲前缘水下分支河道微相。
  2)储层岩石学特征
  排601块沙湾组一段储层岩性为棕褐色中、粗砂岩,含砾砂岩,褐黑色细砂岩,夹薄层灰色灰质粉细砂岩。石英含量75%,长石含量16.8%,方解石含量3.9%。粘土矿物占4.4%。砾石磨圆度较好,分选系数1.39-2.94,平均1.76,分选较好。成岩作用弱,胶结疏松。
  3)储层物性及孔隙结构
  春风油田排601区块沙湾组油藏埋深浅,油层中深500米;储层岩性为棕褐色中、粗砂岩,含砾砂岩,褐黑色细砂岩,夹薄层灰色灰质粉细砂岩,属于扇三角洲前缘水下分支河道微相;有效厚度1.3-12.3米,平均有效厚度4.4米;粒度中值0.19-0.49毫米,平均粒度中值0.34毫米;孔隙度25.3%-42.5%,平均孔隙度36.8%;渗透率1.241-21.161μm2,平均渗透率9.306μm2;含油饱和度72.6%;碳酸盐含量7.3%-12.7%,平均8.1%;泥质含量0.7%-7.6%,平均5.6%;分选系数1.59-2.32,平均1.85;平均孔喉半径为27.4μm,成岩作用弱,胶结疏松。油藏温度26℃,油层温度之低为国内外所罕见;储层是中等偏弱速敏、极强水敏、中等盐敏、弱碱敏、中等酸敏,由于粘土含量高造成注蒸汽压力高,注汽困难。地层水矿化度毫克/升,水型为CaCl2型。
  4)有效厚度的确定
  储层有效厚度依据排601区块沙湾组岩芯、试油、试采资料与测井曲线特征确定,有效厚度电性标准:深感应视电阻率≥4.5Ω·m,声波时差≥377微秒/米。据此判断,排601区块平均有效厚度为4.2米。
  2.2.4& 油藏类型和主控因素
  排601区块沙湾组属于埋藏浅、油层薄、油层温度低、含蜡高胶质超稠油油藏。
  1)油藏控制因素
  排601区块沙湾组油藏具有“网毯式油气成藏体系”特征。红-车断裂及其伴生断层是车排子凸起区的油源断裂,为油气从深洼区向凸起区的运聚提供了最重要的通道,与不整合面一起构成了油源通道网,斜坡南部沙一段的厚层“板砂”,由于高孔渗,横向连通性好,形成油气横向运移毯。沙一段底部砂岩上覆湖侵域形成的泥岩,下伏白垩系厚层的滨浅湖相泥岩和粉砂质泥岩,砂岩形成透镜体或上倾尖灭形态,具有很好的油气保存条件。
  总之,沙一段紧贴不整合面,南部与“骨架砂岩”输导层连通,且有排6断层等输油断层沟通,砂体包裹于上下厚层泥岩之间,具有优越的成藏条件。
  2)油藏类型与要素
  排601区块沙湾组油藏为岩性—地层油藏,含油高度160米。北部油层厚度在1-6米,向南油层变厚,至最南部的排601-7井,油层厚度达到10.1米,且全部含油,未见水。油层中部埋深500米,埋藏浅。根据测试成果,该区原始地层压力3.01-7.95MPa,压力系数为1.03,属于正常压力系统;地层温度21.5-33.46℃,温度梯度为1.8℃/100米,为正常温度系统。
  3)原油物性
  排601区块沙湾组原油油层温度对应原油粘度mpa·s;50℃脱水原油粘度8069mpa·s,凝固点10℃;50℃含水60%的原油粘度为145000mpa·s;地面原油密度0.973克/厘米3。排601区块原油族组分中,含蜡4.35%,烷烃32.49%,芳烃18.64%,非烃16.67%,沥青质10.17%,属于浅层、中细砂岩、高渗透、高胶质含蜡稠油。排601区块的热敏感性较强,加热降粘效果明显。
  排602 C1井原油脱水前后的粘温流变曲线表明,该区块原油的反相乳化现象严重。因此,排601区块可选择YR-2降粘剂作为注汽前置液使用。
  胜利油田多年开发实践表明,原油渗流规律决定着井网井距的设计,而井网井距又决定着油田开发、钻井和地面建设等一系列部署,与超稠油的渗流特征有关。流动特征偏离牛顿粘性定律,渗流特征也不符合达西定律,为具有启动压力梯度的非达西渗流。胶质和沥青质含量通过原油粘度影响启动压力梯度,胶质沥青质含量上升,启动压力梯度升高,容易造成单井产量低,累积油汽比低,难以正常生产。如加热到相同粘度,超稠油比普通稠油需要更高的温度[2]。
  4)试油结果和认识
  发现并排6井钻遇油藏埋深510米,油层厚度2.1米,油层温度26℃,油藏条件对应原油粘度为(5-9)×104mpa·s,属于超稠油,常规试油未见到油流,热采仅获得2吨/日左右低产油流。之后有3口井试采,发现:①常规试油无工业产能,不适合常规开发;②直井热力试采取得了一定的效果;③水平井热力试采初期产量较高。从辽河油田、克拉玛依油田、河南井楼油田开采浅层超稠油经验看[3-5],河南井楼油田油藏埋深154-210米,50℃原油粘度84919mpa·s,有效厚度15.5米,投产5口水平井,前3个周期产油1.1万吨,平均单井产油6.7吨/日。这表明,水平井能增强注汽能力,增大油汽比,对于薄油层能够相当大程度上减少蒸汽的热损失。地层倾角越小,水平井注汽开发效果越好。
  3& 开发对策
  3.1& 国内外开发超稠油的经验
  国内外的研究进展表明,超稠油开发所需注汽压力大、温度高,超稠油蒸汽吞吐过程存在注蒸汽压力高、周期生产时间短、单井产量低的难题。薄层稠油油藏提高注汽效果、地层和井筒的高效降粘和有效补充油藏能量的技术集成是高效开发薄层稠油油藏的发展方向和趋势。目前,水平井开采超稠油优势明显,辽河油田发明了SAGD技术,以重力泄油为主、蒸汽驱替为辅,适用于有效厚度大于20米的超稠油油藏;胜利油田研发了HDCS技术,利用油溶性复合降粘剂、二氧化碳和蒸汽的物理化学特性,在保护油层和有效改善近井地带渗流条件的基础上,将油溶性复合降粘剂、二氧化碳和蒸汽以顺序段塞的形式注入地层,强化水平井热采效果。考虑到排601区块周边没有二氧化碳气源,探索实施了氮气替代二氧化碳辅助蒸汽吞吐技术[6]。
  氮气的分子量为28,在0.1MPa和0℃时,密度为1.1605千克/米3,导热系数为0.028W/(m·K),粘度为0.0167mpa·s,20℃比热容比为1.4014。氮气在重油中的溶解度很低,仅为3.28厘米3/厘米3。温度对氮气在稠油中的溶解度影响较小,氮气在原油中的溶解度均随压力的增加而增大。重油饱和氮气后的膨胀率小于2%。
  氮气辅助蒸汽吞吐的原理主要是:①氮气降粘。②增加弹性能量。③氮气受热膨胀,增加原油弹性能量和流动性,改变原油流动形态,增强了原油流动性。④氮气隔热原理。⑤氮气助排原理。⑥保护套管,减少热损失。⑦扩大油层加热带。氮气具有渗透性好且膨胀系数大的特点,注蒸汽的同时注入非凝结性氮气,可扩大蒸汽加热半径,增加蒸汽的波及体积。⑧物理模拟表明,氮气辅助蒸汽吞吐提高了驱油效率。⑨数值模拟表明,氮气辅助蒸汽吞吐提高了采油速度和采收率。宫俊峰[7]研究认为,单纯注入氮气可以提高采收率,但其提高幅度有限。氮气和泡沫剂合注时,由于重力差异的影响,氮气聚集在矩形模型顶部,起到助排的作用,这是其提高采收率的主要机理。单学军[8]建立了井筒温度场的二维数学模型,通过数值分析发现,水平井+氮气+降粘剂+蒸汽吞吐开采效果较好。
  近年来,随着氮气制备成本降低(如采用中空纤维膜分离制氮或膜分离制氮),氮气辅助蒸汽吞吐技术在克拉玛依、乐安油田得到应用。克拉玛依九区属浅层特稠油油藏,油层中深265米,地面原油粘度15100mpa·s。利用氮气导热系数低进行隔热、保湿和助排,可显著提高注气效果。1997年进行氮气辅助蒸汽吞吐16口井,平均单井周期产油量由362吨提高到了580吨。乐安油田氮气辅助蒸汽吞吐29井次,平均单井周期生产天数由87天延长到125天,平均单井周期产油量由633吨增长到了1293吨,油汽比由0.29上升到0.5。现场作法是:用光油管将泵筒下入井底,从油管中注蒸汽,从油-套环空注氮气。氮气与蒸气在油井内混合后进入地层,然后焖井,再开抽。
  3.2& 排601区块开发对策
  春风油田排601区块地处荒漠,没有二氧化碳气源,考虑到目前氮气增油降粘效果显著,而且制备成本降低到了2元/米3左右,决定采用水平井+氮气+降粘剂+蒸汽吞吐技术。排601区块数值模拟显示,注氮气后地层能量增加,注氮蒸汽吞吐地层能量比常规蒸汽吞吐高0.2-0.3倍。室内进行了驱油实验,80℃热水+降粘剂驱替3PV后,驱油效率仅为8.9%,后续进行80%热水+降粘剂+氮气驱替2PV,驱油效率达到了32.0%,物模研究表明氮气可提高回采水率。稠油油藏大多埋藏较浅,地层压力低,且原油组成以重质组分为主,注入氮气后难以达到混相驱替,因此主要为非混相驱替作用机理。
  综合以上认识,形成春风油田低温薄浅层超稠油开发对策:整体采用水平井开发,利用水平井扩大油层泄油面积的优势,提高油井产量,数值模拟优化井距100米,排距100米,水平井段长度为200米;利用高效油溶性降粘剂分解沥青质的层状结构,对地层中形成的乳化原油进行反相乳化,降低原油粘度和蒸汽的注入压力,并可提高驱替效率,增加地层能量,单井次注入降粘剂20吨;利用氮气来防止蒸汽在油层中的超覆作用并补充地层能量,单井次注入氮气40000立方米;注蒸汽来大面积降低原油粘度和增大地层弹性能量,注汽压力11.0MPa,注汽速度9.7吨/小时,注汽温度317℃,注汽干度73.7%,第一周期注汽量2056立方米。
  针对春风油田排601区块稠油水平井井浅、油层套管自重不足难以下人预定深度的实际情况,采用“套管配重器”加压方式将油层套管及筛管安全顺利地下人预定深度。自350米开始造斜,井底井斜角一般在70°以上,油井水平段一般在200米左右。针对油层胶结疏松、易出砂的情况采用ф177.8毫米精密滤砂管或隔缝管完井。采用注采一体化管柱技术,使用特种采油泵与配套的杆管组合,将泵的结构和高压盘根盒进行改进,注汽前下入抽油杆并装光杆密封器,采用一趟管柱实现注汽、采油两个工艺过程。
  3.3& 开发效果评价
  2010年以来,春风油田排601区块开发先导试验区已钻打水平井,水平段长度198-331米,平均226米。采用水平井+降粘剂+氮气+蒸汽吞吐集成开发技术,已投产120口井,所有新井均获得工业油流,投产均一次成功,建成年生产能力30万吨,累产油15.0万吨。平均单井注降粘剂20吨,氮气注汽压力6-10MPa,注入量32000立方米;蒸汽注汽速度8.9吨/小时,注汽温度327℃,注汽干度72.8%,第一周期注气量2042立方米。单井投产第一个月产油区间在4-41吨/日,平均单井产油19.0吨/日。排601-平28井,注汽压力11.8MPa,注汽速度8.9吨/小时,注汽温度327℃,注汽干度72.8%,第一周期注汽量2042立方米,2010年7月投产,产油25.1吨/日。
  已转周的12口井平均生产周期104天,周期产量1157吨,平均单井产油11.3吨/日,周期回采水率46.4%,周期油汽比0.57。排601-平1井由于水平段长达300米,第一周期注汽量3006.7吨,生产周期264天。采用数值模拟、重油砂岩油藏经验公式、同类型油藏类比,综合评价排601区块蒸汽吞吐阶段采收率为35.5%。
  目前,制备1立方米氮气成本已经下降到2元左右,而制备1立方米蒸汽所需的费用在150元左右,而且多数油田在制备蒸汽过程中需要燃烧原油,鉴于此,进行了干热岩替代原油燃烧降低稠油开发成本方面的研究[9]。利用干热岩进行热水采油是通过钻井向地下深处的高温岩体中注入低温水,这些水在地下成为高温高压超临界流体(蒸汽或热水),并使岩体产生具有一定方位的裂隙系统,形成热储构造;然后在适当位置钻一眼或几眼采水井贯穿热储构造,用于提取热能。操作方法是:通过在钻孔中以加压的方式将水注入到米深度的高温岩体中,这些水被加热呈沸腾状态并通过裂隙从附近的另外一处钻孔中喷出地面,喷出的热水加热浅油层,降低原油粘度、提高原油流动能力。通过进行干热岩采油实施方案设计,推荐在干热岩源井同井场钻打稠油层多分支水平井作为注入井,单体增压泵直接将从干热岩源井采出的热流体注入目的油层,在周围油井采油。刘永建教授研究开发了水热裂解开采稠油新技术[10],目前制约水热裂解降粘的瓶颈是反应温度在240℃左右,这是目前注水、注汽技术无法企及的,而规模应用干热岩驱油技术后,这一难题可以迎刃而解。最近,排601区块油藏埋深500米左右,油层厚度5米左右,蒸汽吞吐注汽温度达到307℃,注汽干度70%,井筒热损失较小,极有可能部分实现了水热裂解。排601区块构造平缓,地层倾角较小,对水平井实现均匀注汽非常有利[11]。排601区块原油含蜡较高,加热后,蜡的溶解也有利于实现降粘。
  4& 结语
  由于探矿权调整,催生了春风油田,巨大的压力迅速变为强大的动力,通过产学研联合攻关,短短一年时间内,探明了储量,建成了产能。勘探与开发的共同推进是春风油田成功的关键。春风油田排601区块属于埋藏浅、油层薄、油层温度低、含蜡高胶质超稠油,通过集成应用水平井+降粘剂+氮气+蒸汽吞吐技术实现了高效开发。针对蒸汽制备成本较高的情况,建议开展干热岩等蒸汽替代技术研究。
  参考文献
  [1]& 宋明水,王学忠.准噶尔盆地排6区块浅层稠油实用勘探技术 [J]. 特种油气藏,):19-21
  [2]& 左悦.难动用薄层稠油油藏水平井开发实践 [J]. 特种油气藏,):49-50
  [3]& 喻高明.超特稠油流变性综合研究 [J]. 河南石油,):40-43
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11月29日,中国石油集团董事长王宜林会见了尼日尔能源和石油部部长富马科耶加多一...[]
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