Produccion 1(clase 3)
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Produccion 1(clase 3) Produccion 1(clase 3) Presentation Transcript

  • Producción 1 Cementación
  • CementaciónOperación en la cual una mezcla de agua y cemento se coloca auna profundidad determinada para que cumpla entre otros con lossiguientes objetivos: * Excluir las aguas de las formaciones productivas * Proteger al revestidor de presiones externas ( formación ) * Sellar zonas no productivas * Proteger la tubería de revestimiento de la corrosión * Evitar migración de fluidos entre diferentes zonas * Controlar pérdidas de circulación * Sellar zonas de fluidos no deseables * Soportar el revestidor y todo el peso del equipo
  • Cementación SECCIONES SIN PROTECCIÓN YAC-1COMUNICACIÓN ENTREFORMACIONES DAÑO A LA YAC-2 FORMACIÓN “GARANTIZAR EL AISLAMIENTO ZONAL, NO SOLO POSTERIOR A LA CEMENTACIÓN, SINO TAMBIÉN EN EL TRANSCURSO DE LA VIDA PRODUCTIVA DE LOS POZOS”
  • Cementación Cemento: Mezcla de piedra Caliza y otros materiales ricos en Carbonato de Calcio con Arcilla y algo de Oxido de Hierro y Aluminio Materiales Calor Clinker + Yeso Iniciales + ( 2600-3000 ºF ) (4-8%) SiO2 ( Sílice ) Al2O3 ( Arcilla ) Fe2O3 ( Oxido Férrico )CaO(Caliza) Cemento Portland 50% Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2) 25% Silicato Dicálcico ( 2CaO.SiO2) 4% Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3) 13% Ferro Aluminato Tricálcico o Tetracálcico ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3) 3% Sulfato de Calcio ( CaSO4) 3% Otros (MgO, Cal libre, Alcalis, Anhidrido Sulfurico)
  • CementaciónEl API presenta nueve tipos de cementos A,B,C,D,E,F,G,H,J . El más utilizado es elcemento tipo “H” al cual se le pueden adicionar retardadores y/o aceleradores.
  • Cementación Propiedades del Cemento:Las propiedades de los cementos utilizados en las operaciones de cementación,varían de acuerdo a lo siguiente: * Ubicación Geográfica * Condiciones de fondo de pozo (Temp., Prof., Presión, etc.) * Tipo de Cementación * Tipo de agua a utilizar para la mezcla Estas propiedades dependen de: * La relación de agua de las lechadas ( Gal /sac) * Densidad de la lechada ( Lbs / Gal ) * Rendimiento de la lechada ( ft 3 / saco )
  • Cementación Densidad de la lechada:Debe ser lo suficientemente alta como para mantener el control del pozo.En el campo se chequea mediante el uso de una Balanza de Lodos o con unDensistómetro Si la densidad es incorrecta durante la cementación, se pueden afectar propiedades de la lechada como: * Tiempo de bombeabilidad * Características del flujo * Capacidad de desplazamiento del lodo * Agua libre * Resistencia a la compresión * Pérdida de fluido
  • Cementación Densidad normal de los cementos Peso de la RendimientoClase de cemento Agua Mezclada Lechada de la lechadaAPI Gal/Saco % Lbs/Gal Pie3/Saco A 5.2 46 15.6 1.18 B 5.2 46 15.6 1.18 C 6.3 56 14.8 1.32 G 5.0 44 15.8 1.15 H 4.3 38 16.4 1.06 D,E,F 4.3 38 16.4 1.06
  • Cementación Relación de agua de las lechadas:Es importante para determinar el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a lacompresión del cemento Regla de campo: * Demasiado agua en la copa de muestra, aparecerá agua en la parte superior de la lechada. * Poca agua: lechada espesa y difícil de bombear Rendimiento de la lechada: Es el número de pies cúbicos por saco de cemento, mezclados con determinada cantidad de agua. Es preferible que sobre cemento y no que falte, especialmente cuando puede haber contaminación con lodo, dilución o canalización.
  • CementaciónTiempo de Bombeabilidad :Tiempo requerido para que un cemento comience a endurecerse o a formarresistencia de gel, o sea que sea bombeable bajo condiciones de fondo del pozoSe obtiene a través de pruebas de laboratorio y con condiciones reales del pozo Tiempo para lograr espesamiento Laboratorio Muestras de cemento + Ensayo Aditivos Condiciones de pozo: + * Temperatura Estática de Fondo ( BHST ) Agua de mezcla * Profundidad del pozo * Presión en el pozo
  • CementaciónTiempo de Espesamiento:Es el tiempo transcurrido desde que se aplica una presión y unatemperatura inicial al Consistómetro Presurizado hasta el tiempo en quese alcanza una consistencia de 100 BC ( CONSISTENCIA BEARDEN )Los resultados de estas pruebas son utilizados para determinar laconcentración de aditivos tales como aceleradores y retardadoresCONSISTOMETRO PRESURIZADO
  • CementaciónViscosidad y Contenido de Agua:En las cementaciones primarias, las lechadas de cemento debenposeer una viscosidad o consistencia que ofrezcan undesplazamiento eficiente del lodo y permitan una buena adherenciadel cemento con la formación y el revestidor o liner.El tamaño de la partícula, el área superficial, y los aditivos, influyenen la cantidad de agua de mezclado requerida para lograr unaviscosidad particular de la lechada. Se entiende por Agua Máxima de una lechada el volumen de agua de mezclado que separe como agua libre un máximo de 1.5 % del volumen total. El Agua Normal es el volumen de agua de mezclado que da una lechada de 11 unidades de consistencia, medidas en un consistómetro de presión atmosférica después de 20 min. de agitación El Agua Mínima es el volumen de agua de mezclado que dan 30unidades de consistencia en el consistómetro de presión atmosférica, después de 20 min. de agitación
  • Cementación Viscosidad y Contenido de agua:VISCOSIMETRO ROTACIONAL CONSISTOMETRO ATMOSFERICO
  • Cementación Calidad del agua de mezcla:Siempre es recomendable el uso de agua potable si está disponible. Sinembargo, en un taladro el agua se obtiene de una fosa abierta, un pozoperforado o una laguna. Esta agua puede contener contaminantes quepueden producir fallas en la cementación.Entre estos contaminantes están: .- Fertilizantes disueltos en el agua de lluvia .- Desperdicios en los causes .- Productos de agricultura solubles (caña de azucar, remolachas, etc ) .- Vegetación descompuesta que produce Ácido Húmico, los cuales reducen el tiempo de espesamiento del cementoTodas las pruebas de laboratorio al cemento a usar, deben hacerse con elagua de campo que será utilizada al momento de la cementación
  • CementaciónResistencia a la Compresión:Es la fuerza de compresión requerida para triturar el cemento, dividida entreel área seccional recta de la muestra. La resistencia compresiva delcemento es generalmente alrededor de 12 veces mayor que la resistencia ala tensión. Es por esto que siempre se reporta solamente la resistencia a lacompresión Camara de Curado Analizador Ultrasónico de Cemento ( U.C.A )
  • Cementación Permeabilidad:La permeabilidad de un núcleo de cemento fraguado, se determinamidiendo la tasa de flujo a través del núcleo, a un diferencial depresión dado a través de la longitud del núcleoEquipo utilizado para medir la permeabilidad del cemento fraguado PERMEAMETRO
  • CementaciónCalor de Hidratación:Al mezclarse el cemento con el agua, ocurre una reacción exotérmicacon una considerable liberación de calor.Mientras mayor sea la cantidad de cemento, mayor es la liberación decalor.Se ve influenciado por la fineza y por la composición química delcemento, por los aditivos y por las condiciones del pozo Mayor temperatura de fondo Mayor velocidad de reacción Mayor cantidad de calor liberado
  • CementaciónControl de Filtrado:Es un factor muy importante en la cementación de pozosprofundos, Liners de producción, tapones de cemento y cementacionesforzadas.Alta perdida de filtrado a través de un medio permeable puede causar unincremento en la viscosidad de la lechada y rápida disposición delrevoque, lo que puede producir fraguado prematuro de la lechada Equipo especificado por la API para medir la filtración de los fluidos de perforación ( lodos y cemento ), en 30 minutos a un diferencial de 1000 lppc de presión. El volumen medido representa la tasa a la cual se pierde agua de la mezcla, cuando es expuesta a una diferencia de presión a través de un medio permeable
  • CementaciónFirmeza:Porcentaje de expansión o contracción lineal observada después del curadoen una Autoclave bajo vapor saturado a una presión de 295 Lbs / pulg2 portres horas.Un cemento que cambia de dimensiones durante la cura, tiende a tener unamala adherencia al revestidor o a formar rajaduras o microfracturasFineza:Medida del tamaño de las partículas de cemento obtenida durante lamolienda. Se expresa en términos de área superficial total calculada de laspartículas de cemento por gramo de cementoSe calcula de la tasa de asentamiento de las partículas de cementosuspendidas en Kerosene, medidas en un Turbidímetro Wagner
  • CementaciónTipos de Cementación:Primaria: es la realizada cuando es corrido por primera vez el revestidor o camisa (liner).Funciones:•· Aislamiento de la Zapata de Revestimiento.•· Aislamiento de las Zonas de Producción – previene flujo cruzado entre los intervalos adiferentes presiones.•· Protección de zonas acuíferas – previene la contaminación de fluido de perforación de losacuíferos.•· Aislamiento de Intervalo Problema – perdidas extremas, control de pozos, entrada porventana.•· Protección de Tubería de Revestimiento – de fluidos corrosivos de formación, es decirH2S, CO2.•· Soporte de la Tubería de Revestimiento – es decir soporte para el conductor.
  • CementaciónSecundaria: es también conocida comoforzamiento (Squeeze) y su objetivo esbombear una lechada de cemento en elpozo, bajo presión, forzándola contra unaformación porosa, tanto en lasperforaciones del revestidor odirectamente al hoyo abierto.Se utiliza en el sellado de perforaciones,cementación de anillos en conductor,reparación de fugas en la tubería derevestimiento, forzarzapata de revestimiento, colocartapones, etc.
  • CementaciónTAPONES DE CEMENTO EN HOYO ABIERTOEn algunas ocasiones, el hoyo debe ser obstruido con un tapón de cemento. Algunas causas son Para abandonarlo. Para desviarlo. Evitar perdidas de circulación. Evitar invasión de aguas de zonas profundas.Los tapones de cemento, generalmente se colocan en hoyos desnudos y se usa tubería de perforación otubería de educción para colocar el cemento en el sitio requerido. En vista de que el hoyo, siempre estalleno de fluido de perforación o de fluido de completacion, se requiere que encima de la mezcla agua-cemento se coloque cierta porción de agua para mejorar la eficiencia del fraguado del cemento.Para diseñar la colocación de un tapón de cemento se requiere balancear las columnas de cemento, aguay fluido en el hoyo, en vista de que los fluidos tienen diferentes gravedades especificas.El volumen de agua en el anular debe colocarse antes de la mezcla agua-cemento y el volumen de aguadentro de la tubería debe bombearse después del cemento.
  • Cementación PROBLEMAS COMUNES DE CEMENTACION- Condición pobre del agujero (patas de perro, estabilidad delagujero descubierto, desgastes, llenado del agujero, cama derecortes, etc.)- Condición pobre del lodo (altas fuerzas de gel y punto deresistencia, alta perdida de fluido o filtración, enjarre grueso, altocontenido de sólidos, perdida de material decirculación, incompatibilidad de lodo/cemento).- Centralización pobre (el cemento no se coloca uniformementealrededor de la tubería derevestimiento, dejando lodo en el sitio).- Perdida de Circulación- Presión Anormal- Presión Subnormal- Presión Alta
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONZAPATA GUÍA: Es simplemente un niple que secoloca en la parte inferior del primer tubo para permitiruna libre introducción de la tubería en el hoyo. Suforma esférica en la parte inferior hace que el contactocon la pared del hoyo sea la mas suave posible,evitando así cualquier derrumbe de las paredes delhoyo
  • Cementación
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONZAPATA DIFERENCIAL: Tiene doblefunción, sirve de zapata guía y deflotador, tiene un dispositivo interno queno permite, que la tubería se llenecompletamente de fluido de esta formaejerce una flotación y ayuda con el pesode la tubería. El dispositivo interno puedeconvertirse en una válvula de retención
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONCUELLO FLOTADOR: Esta herramienta secoloca en el extremo superior del primer tubo y elextremo inferior del segundo tubo. Sirve deelemento de flotación. Se transforma por mediosmecánicos, en válvulas de retención, lo que permiteque el fluido circule de la tubería a espacioanular, pero no del espacio anular hacia la tubería.Esto permite que la mezcla agua-cemento se quedeen el anular y no regrese a la tubería . El cuelloflotador sirve de soporte de los tapones decemento.
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONTAPONES DE CEMENTO: Los tapones de cementoson dispositivos que se introducen en la tubería derevestimiento, durante la operación del bombeo decemento. Se usan dos tapones, los cuales separan lamezcla agua-cemento del fluido en el pozo y de liquidodesplazante, al mismo tiempo el tapón inferior limpia lapared de la tubería del fluido en el pozo y del liquidodesplazante, al miso tiempo el tapón inferior limpia lapared de la tubería del fluido en el pozo y el tapónsuperior limpia la tubería de la mezcla agua-cemento.
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONLos tapones son retenidos en el cuello flotador, y el tapón esta diseñado de talmanera que a presiones de 300 a 400 lpc se rompa un diafragma y permita lacontinuación del flujo de cemento. El tapón superior es casi una pieza solida y alllegar al cuello flotador obstruye el flujo, lo que indica que la mezcla agua-cementoha sido colocada en el sitio determinado.
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONCENTRALIZADORES: Son herramientas que secolocan en la tubería de revestimiento para mantenerlacentralizada en el hoyo, la centralización de la tuberíapermite que el espesor del cemento sea uniformealrededor de toda la tubería, evitando así crear undesbalance en las presiones externas que podrían originarproblemas posteriores. Los centralizadores se colocan, elprimero entre la zapata y el cuello flotador, el segundo enla unión del segundo con el tercer tubo, de allí en adelantese coloca un centralizador cada dos tubos hasta 40 piespor debajo del tope del cemento.
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONRASPADORES: Son herramientas que secolocan en el revestidor con el objeto delimpiar el revoque que se ha formado en lapared del pozo. Los raspadores se colocandesde 20 pies por debajo del tope delhorizonte productor hasta 20 pies por encimade la den horizonte productor, con unespaciamiento de 20 pies cada uno.
  • Cementación EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACIONCABEZAL DE CEMENTACION: Esta piezase coloca en la parte superior del tubo que seasoma a la superficie, se une por medio demangueras de acero a los sistemas demezclado y bombeo de cemento. Posee doscámaras de alojamiento para los tapones decementación, y un juego de válvulas quepermitan la operación completación .
  • Cementación INFORMACIÓN NECESARIA PARA LA CEMENTACIONDiseño de la cementación• Accesorios para la cementación• Cálculos en el pozo• Secuencia operativa• Estado mecánico del pozo• Información de las geopresiones.• Información de los fluidos de perforación utilizados
  • Cementación
  • Cementación
  • Cementación Aditivos para Cementos: Funciones:* Modificar densidad* Aumentar o disminuir resistencia a la compresión* Acelerar o retardar el tiempo de fraguado* Controlar perdida de fluidos* Reducir viscosidad de la lechada* Aumentar resistencia frente a fluidos corrosivos* Formación de puentes para el control de perdida de circulación
  • CementaciónDensificantes:Incrementan la densidad, limitan y mantienen presión para el control del pozo ypara mejorar el desplazamiento o remoción del lodo.Entre ellos se tiene: Arena, Barita, HematítaControladores de Filtrado :Previenen la deshidratación del cemento y evitan la disminución de lacolumna de cemento debido a la perdida de agua, lo cual origina reducción dela presión ejercida por la columna hidrostática.Entre estos se tienen: Polímeros Orgánicos, Látex, Cemento con Bentonita ydispersante
  • CementaciónAceleradores:Aumentan la velocidad de la tasa normal de reacción entre el cemento y el agua.Aumento de la resistencia a la compresión y disminución del tiempo de fraguadoo espesamiento ( acelerador total ).Son generalmente agregados al cemento en temperaturas entre 32 F y 110 F.Son fabricados a partir de cementos A, G y H. Entre los mas usados están: Cloruro de Calcio ( hasta 2% ) 60 F Cloruro de Sodio ( 1-5% ) >10 % ------ Retardador Bórax (Na2B4O4.10H2O) Tetraborato de Sodio Decahidratado Silicato de Sodio ( Diesel A ). Sistema Diesel
  • Cementación Retardadores:Material Orgánico de alto peso molecular. Prolongan el tiempo debombeabilidad y retardan el fraguado de la lechada de cementoEntre ellos se pueden encontrar: Lignosulfonato de Sodio y Calcio ( 0.1-1%) Agua Saturada con Sal (15-17 Lbs / sc ) Lignosulfonato de Calcio ( 0.1-1.05 ) CMHEC (Carboximetil- Hidroxietil Celulosa) Sal (Cloruro de Sodio) >10%
  • CementaciónExtendedores:Existen varios métodos para reducir la densidad: controlando agua, agregando materialesde bajo peso especifico o ambos métodos en común La Bentonita es el material masutilizado en diferentes formulaciones, tanto en polvo como en forma prehidratada.Su función es variada y entre ellas se tienen: reducen la densidad de la lechada, aumentanel rendimiento, disminuyen la perdida de filtrado y reducen los costos Bentonita (2-16%) Atapulguita (0.5- 4%) Hidrocarburos Naturales :Gilsonita, Carbón (1-50 Lbs/scs) Silicato de Sodio (1- 7.5 Lbs/scs) Pozolanas, tierra Diatomacea, Cenizas en polvo, Perlitas Expandidas.
  • CementaciónDispersantes :Se agregan al cemento para proveer propiedades de flujo y permitir elbombeo de la lechada de cemento en flujo turbulento a menorcaudal, minimizando así los requerimientos de potencia hidráulica.Disminuyen la viscosidad, bajan el punto cedente y la resistencia de gelEntre ellos se tienen: Polímeros de cadena larga, Lignosulfonato de Calcioy Cloruro de Sodio, Hidoxalatos Polisacáridos
  • Cementación Reología en Cementos: Newtonianos: Proporcionalidad directa y constante entre la velocidad de corte y el esfuerzo de corte. Viscosidad independiente de la velocidad de corte, comienza a fluir inmediatamente de aplicado un esfuerzoFluidos No-Newtonianos: No presentan proporcionalidad directa entre fuerza y flujo a presión y temperatura constante, necesitan de un esfuerzo adicional para comenzar a fluir
  • CementaciónEjemplo de Cálculos en Cementación.
  • Ejemplo de CálculosCalcular las toneladas de cemento y agua que se requieren para crear una lechada que nossirva para cementar una TR (según figura), así como el tiempo necesario para su bombeo ysu desplazamiento. DATOS:  Diámetro de la barrena = 22 pg  Diámetro Ext. de TR = 16 pg 656 pies  Diámetro Int. de TR = 15 pg  Saco de cemento = 50 Kg.  Rendimiento: 38.8 lt de lechada /saco  Densidad de Lechada = 1.93 gr./cm3  Profundidad: 656 pies 10 m  10 m en cople de tubería. Capacidad de las bombas:  Cap. Embolada = 40 litro por embolada,  Cap. Bomba = 50 emboladas por minuto  Eficiencia de la bomba = 80%
  • Ejemplo de Cálculos Volumen de lechada requerida (volumen del espacio anular):Capacidad entre (agujero y TR) = 0.5067 * (d.(agujero)^2 - d.(TR)^2)Capacidad de (TR) = 0.5067 * (d.(TR)^2) Volumen (agujero y TR) = Cap. * h 1 Volumen (TR) = Cap. * h 2 Vol .de.Cemento _ total Volumen total de Lechada = 1 + 2 Sc _ Cemento Re n dim ientoVol.Posiblea.Desplazar Cap.emb* Cap.Bomba Efic. . * Vol.total.de.Lechada Tiem pode.bom beo . vol. posiblea.desplazar .
  • Ejemplo de Cálculos Primer paso: Calcular la capacidad de la tuberías y los volúmenes1 Capacidad entre (agujero y TR) = 0.5067 * (de.(agujero)^2 - d.(TR)^2) Capacidad entre (agujero y TR) = 0.5067 * (22^2 - 16^2)=115.5 lt/m2 Capacidad de (TR) = 0.5067 * (di.(TR)^2) Capacidad de (TR) = 0.5067 * (15^2)=114 lt/m3 Volumen (agujero y TR) = Cap. * haltura Volumen (agujero y TR) = 115.5 lt/m * 656 pie * 1m/3.28 pie = 23,106 lt4 Volumen (TR) = Cap. * haltura Volumen (TR) = 114 lt/m * 10 m = 1,140 lt5 Volumen Total = 3 + 4 =24,246 lt
  • Ejemplo de Cálculos 2do paso: Calcular Volúmenes de Cemento, Desplazamiento y Tiempo Bombeable Vol. cemento = Vol. total de lechada / Rendimiento =Vol. cemento = 24,246 lt / 28.8 lt/saco = 624.9 sacos * 50 kg/1 saco * 1 ton/1000kg =31.24 ton Volumen posible a desplazar = (cap. Embolada + cap. Bomba) * Eficiencia =Volumen posible a desplazar = (40 lt/emb *50 emb/min) * .80 = 1,600 lt/min Tiempo de bombeo = Vol. Total de lechada/vol. Posible a desplazarTiempo de bombeo = 24,246 lt / 1,600 lt/min =15.15 min Volumen de desplazamiento = cap. TR * h1= Volumen de desplazamiento = 1,140 lt/m * 190 m = 216,600 lt
  • Cementación COMENTARIOS FINALES• Se necesitan 31.4 ton de cemento (con aditivos) y24 246 litros de agua para crear la lechada.• El tiempo de fraguado del cemento, deberá sermayor a 15.15 min (programar mínimo 30 min).• El Volumen de desplazamiento será de 216,600 lt
  • CementaciónEjercicios Propuestos
  • Ejercicios Propuestos EJERCICIO 1:Se requiere cementar una tubería superficial de 10 -3/4 de pulg de 45.5 lbs/ pie en unhoyo de 15 3/8 d pulg a una profundidad de 1080 pies.Determine el volumen de mezcla requerido para que el cemento regrese a lasuperficie.EJERCICIO 2:Determine el volumen de agua-cemento que se requiere para cementar un pozo y el volumen defluido para desplazar el cemento de acuerdo a la siguiente información :profundidad del hoyo:8000 pies.tope del cemento: 6700 pies.diámetro del hoyo: 9 7/8 pulg.tubería de revestimiento de 7 pulg N-80, 26 lbs/pie (di=6.276 pulg).
  • Ejercicios PropuestosEJERCICIO 3:Dada la siguiente información:Profundidad: 6000 pies.Diámetro del hoyo: 12 ¼ pulgDiámetro de las tuberías: 9 5/8 pulg de 53.5 lbs/pie N-80.Cemento a mezclar=1000 sacos.Capacidad de la mezcla y bombeo =20 sacos/min.Bomba duplex 18 pies * 6 ½ pulg* 2.5 pulg.Eficiencia= 90%.EPM=60Determine el tiempo de cementación.EJERCICIO 4:Determine el volumen de agua para mezclar 1000 sacos de cemento. Determine también elvolumen de mezcla y la densidad de la misma.
  • Ejercicios PropuestosEJERCICIO 5:Se requiere colocar un tapón de cemento puro desde 6000 pies-6500 pies en un hoyode 9 5/8 pulg con una tubería de perforación de 5 pulg de 19 lbs pies y 4.216 pulg dediámetro interior.Determine:sacos de cemento usando un 30 % de exceso de la mezcla.Barriles de agua de cemento si se bombea un barril de agua después del cemento.Barriles de agua para desplazar cemento.