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NaCl
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sodium chloride
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Gene Or Protein
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Etre
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DANS
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Alphax
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Ssx
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Cer
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Tir
(1)
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Tre
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Physical
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100 percent
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de 1,267 cm
(3)
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23,68 GHz
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de 3,5 MPa
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de 9 cm
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0,0012 cm
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de 60,96 cm
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de 30,48 cm
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de 30 percent
(1)
[27][_]
de 70 percent
(1)
[28][_]
de 0,285 kg/m3
(1)
[29][_]
Generic
(3/ 11)
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hydrocarbons
(8)
[31][_]
salt
(2)
[32][_]
Petroleum
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511769A1
Family ID 7993703
Probable Assignee Texaco Development Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title APPAREIL DE MESURE DE LA TENEUR EN water DANS DE L'HUILE
BRUTE
EN Title MICROWAVE WATER IN CRUDE MONITOR - BY FLOWING CRUDE THROUGH
MEASURING CELL ACROSS WHICH MICROWAVE ENERGY IS TRANSMITTED
Abstract
_________________________________________________________________
APPAREIL DE MESURE DE LA TENEUR EN water DANS DE L'HUILE BRUTE.
L'APPAREIL SELON L'INVENTION DESTINE A MESURER LA TENEUR EN
POURCENTAGE D'water DANS DE L'HUILE BRUTE CIRCULANT DANS UN PIPE-LINE
COMPORTE UNE CELLULE 1 ASSOCIEE AVEC LE PIPE-LINE DE MANIERE QUE
L'HUILE BRUTE Y CIRCULE, UN EMETTEUR D'HYPERFREQUENCES 12, 14, 16, 28,
33 DISPOSE POUR EMETTRE DE L'ENERGIE EN HYPERFREQUENCE A TRAVERS
L'HUILE BRUTE CIRCULANT DANS LA CELLULE, UN DISPOSITIF RECEPTEUR 38,
42, 46, 50, 60 DISPOSE POUR RECEVOIR L'ENERGIE TRANSMISE ET POUR
PRODUIRE UN SIGNAL REPRESENTANT L'ENERGIE RECUE, ET UN DISPOSITIF 80
CONNECTE AU DISPOSITIF RECEPTEUR ET FOURNISSANT UNE INDICATION SUR LA
TENEUR EN POURCENTAGE D'water DANS L'HUILE BRUTE.
Microwave water-in-crude monitoring system measures the percent
quantity of fresh or salt water in crude oil flowing in a pipe line. A
measuring cell is arranged with the pipe so that the crude oil flows
through the cell. A microwave transmitter subsystem is arranged with
the cell so that microwave energy is transmitted through the cell. A
microwave receiving subsystem provides a signal corresponding to
received microwave energy. Appts connected to the microwave receiver
provides an indication of the percentage of water in the crude oil.
Arrangement provides an accurate and easy way of measuring the water
content of a continuous flow of crude oil along a pipe, without
affecting the flow in any adverse way.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un appareil de mesure de la teneur en
water en pourcentage dans de l'huile brute.
Un appareil selon 11 invention destine a mesurer la teneur en
pourcentage d'water dans de l'huile brute circulant dans un pipe-line
comporte une cellule agencee pour etre associee avec un pipe-line de
maniere que l'huile brute circule dans la cellule, un emetteur
d'hyperfrequences dispose de maniere a emettre de l'energie en
hyperfrequence a travers l'huile brute qui circule dans la cellule, un
recepteur dispose pour recevoir l'energie transmise et pour fournir un
signal representant l'energie recue et un dispositif connecte au
recepteur et destine a fournir une indication sur la teneur en
pourcentage d'water dans l'huile brute.
Un mode de realisation de l'invention sera maintenant decrit a titre
d'exemple et en se referant aux dessins annexes sur lesquels
- la figure 1 est une courbe du facteur de perte relative en fonction
de la temperature a une longueur d'onde particuliere,
- la figure 2 est un schema simplifie d'un dispositif de controle
d'water dans l'huile brute realise selon l'invention, et
- la figure 3 est un schema detaille du dispositif de controle de la
figure 2.
Un procede de determination de la teneur en water douce ou en water
salee dans des courants d'huile brute exempte de yaz, da-ns des
conditions apparaissant dans des conduites de puits met en oeuvre la
mesure de l'attenuation de l'hyperfrequence produite par l'water
presente dans le courant d'huile brute. La relaxation dielectrique des
molecules d'water aux hyperfrequences provoque une attenuation severe
des ondes electromagnetiques d'une longueur d'onde de l'ordre du
cer.tir.ld- tre.L'attenuation des ondes centimAtriques a ete utilisee
pour mesurer la teneur en humidite dans de nombreuses matieres, par
exemple dans le beton et dans des carottes, comme cela est decrit dans
"Microwave Attenuation - A New Tool for Monitoring
Saturations in Laboratory Flooding Experiments", par R.W. Parsons,
Marathon Oil Company, Society of
Petroleum Engineers Journal, Aout 1975, pages 302-310.
La propagation d'une onde electromagnetique plane-parallele peut etre
representee par les equations suivantes:
E = Eoe- and alphax. ej2#(vt-ssx/2#)
H = Joe- and alphax. ej2(vt-ssx/2#) (1) o ou E et H sont les vecteurs
des champs dielectrique et magnetique, x et t la direction de.
propagation et le temps de propagation dans l'espace et v la frequence
de l'onde. Bien entendu, l'onde a une periode t = l/v et une periode
spatiale # = 2w/ss (longueur d'onde).
En outre, l'onde est attenuee par le facteur e- and alphax lorsqu'elle
se propage selon la direction x. Le facteur d'attenuation and alpha
est fonction des caracteristiques dielectrique et magnetique de la
matiere de propagation a la frequence de l'onde, et il ne presente
d'interet que pour la determination d'water dans l'huile brute.
Si l'on suppose qu'il n'y a aucune perte magnetique dans les matieres
de propagation, ce qui est certainement vrai pour les courants d'huile
brute, le facteur d'attenuation a est donne par l'equation suivante:
and alpha = (2#/#o) {(k'/2)[(1+(k"/k')2)1/2 - 1]}1/2 ou: #o = longeur
d'onde dans l'espace libre (air), k' = constante dielectrique
relative, et k" = facteur de perte relative.
Les parametres k' et k" dependent de la frequence de l'onde, de la
temperature et de la composition de la matiere de propagation. Les
hydrocarbons dans les huiles brutes ont de faibles valeurs de w et k"
comparativement aux valeurs correspondantes de l'water et des
solutions aqueuses de sodium chloride. A titre d'exemple, la figure 1
est une courbe de k", facteur de perte relative pour de l'water pure
et pour une solution aqueuse a 253 000 ppm de NaCl, en fonction de la
temperature pour une longueur d'onde de 1,267 cm (23,68 GHz). Les
donnees pour cette courbe ont ete obtenues dans "The Dielectric
Properties of Water in Solutions" par J. B. Hasted, S.M.M. El Sabeh,
Transaction of the Faraday Society, vol. 49, 1953,
Londres. I1 faut noter que le facteur de perte presente un maximum a
environ 280C.Ce maximum se decale vers des temperatures inferieures
aux frequences plus basses et vers des temperatures superieures a des
frequences plus elevees. I1 faut egalement noter que les valeurs pour
la solution aqueuse de NaCl presque saturee ne sont que legerement
inferieures a celles de l'water pure.
Les valeurs de k" pour les hydrocarbons dans la plupart des huiles
brutes sont inferieures a environ 0,05 a la longueur d'onde precitee,
comme cela peut etre determine a partir des "Tables of Dielectric
Dispersion Data for Pure Liquias and Dilue Solutions" par Floyd
Buckley et al, Novembre 1958, NTIS PB-188296.
Le coefficient d'attenuation a pour de l'water pure et pour la
solution a 253 000 ppm de NaCl a ete calcule dans la plage des
temperatures de 0 a 60 C pour une longueur d'onde de 1,267 cm. Le
coefficient d'attenuation pour les hydrocarbons liquides dans les
huiles brutes se situe a moins de 0,0013 cml dans la meme plage de
temperatures.
L'exemple de calcul ci-apres montre comment des mesures d'attenuation
en hyperfrequence peuvent determiner l'indice d'water' a la tete de
forage ou dans la conduite vers une unite GOSP pour separer
le'gaz'natu- rel de l'huile liquide dans laquelle il est-dissous. Sur
la base des donnees poids-volurretoepe-rature pour un puits et en
supposant une terperature dans la conduite et une pression au
voisinage de la tete de forage de 660C et de 3,5 MPa respectivement,
un volume d'hydrocarbon liquide de 30t du volume total en circulation
a ete calcule. I1 a ete suppose que la water produite etait de l'ordre
de 230 000;ppm NaCl.Les facteurs d'attenuation d'hyperfrequence a une
longueur d'onde de 1,267 cm et a la temperature ci-dessus etaient de
l'ordre de 9 cm pour l'water, 0,0012 cm pour les hydrocarbons liquides
et negligeables pour les gaz libres dans la conduite de circulation.
I1 y a lieu d'examiner maintenant un trajet de propagation
d'hyperfrequence de 60,96 cm dans le melange d'water et d'hydrocarbons
en circulation dans la conduite. L'attenuation de l'intensite initiale
10 de l'onde jusqu a une valeur I le long de cette longueur de trajet
sous l'effet de differents indices d'water des hydrocarbons liquides
est indiquee dans le tableau I ci-apres. La teneur en water est
exprimee en kg de salt par m3 d'huile brute. Le tableau II montre les
donnees pour un trajet de 30,48 cm.
Les donnees des tableaux I et II sont calculees pour la composition
moyenne de 30 percent en volume d'hydrocarbons liquides et de 70
percent en volume de gaz libre.
Cependant, les conditions d'ecoulement dans la conduite varient avec
le temps (ecoulement calme, ecoulement disperse, etc). Par consequent,
les donnees- ci-dessus representent des mesures moyennes dans le temps
et ne servent qu'a illustrer le fort effet de faibles indices d'water
dans l'huile brute. La refraction et la reflexion des hyperfrequences
sur les phases dispersees ne sont pas prises en consideration dans le
calcul, mais doivent etre evaluees experimentalement.
Comme le montrent les donnees representees dans les tableau et II, des
mesures d'attenuation d'hyperfrequence permettent de detecter des
indices d'water de 0,285 kg/m3.
La figure 2 represente schematiquement les circuits hyperfrequence de
base permettant une simple mesure d'attenuation. D'autres modes de
realisation sont possibles et ne seront pas consideres ici.
La cellule de mesure de la figure 3 peut etre installee de facon
permanente dans une conduite ou etre montee de facon temporaire sur la
tete de puits ou la conduite, par des vannes appropriees. Les circuits
a hyperfrequence et les appareils d'enregistrement peuvent etre
separes de la cellule, et etre portatifs.
TABLEAU I
Teneur en water en kg/n3 Attenuation I/Io
0,028 0,981
0,285 0,828
0,571 0,686
1,427 0,390
2,855 0,152
5,710 0,023
Un calcul similaire a ete fait pour une longueur de trajet de
seulement 30,48c..; ces informations sont donnees dans le tableau Il.
TABLEAU Il
Teneur en water en kg/m3 Attenuation 1/10
0,285 0,910
0,571 0,828
1,427 0,625
2,855 0,390
5,710 0,152
14,277 0,009
La figure 2 montre que du petrole provenant d'une tete de puits
penetre dans une cellule de mesure 1 par une conduite 3 et quitte la
cellule 1 par une conduite 5. La cellule 1 comporte des fenetres en
ceramique 7, 9. Un klystron 12 de type courant produit un rayonnement
d'hyperfrequence par des guides d'onde 14 vers un isolateur 16. Ce
dernier empeche des hyperfrequences reflechies de penetrer dans le
klystron 12; un dispositif d'accord 24 permet un accord du type
mecanique pour adapter le sous-ensemble de transmission quand
l'isolateur 16 delivre des hyperfrequences a l'attenuateur 28.
L'attenuateur 28 delivre des hyperfrequences attenuees a une antenne
en cornee 33 de type courant, par laquelle les hyperfrequences se
propagent a travers la fenetre 7 et a travers la fenetre 9 vers une
seconde antenne cornee 38. L'antenne 38 delivre les hyperfrequences
recues a un detecteur d'hyperfrequences 42 qui,- a son tour, delivre
un signal electrique E1 a un amplificateur 46. Le signal amplifie
provenant de l'amplificateur 46 est applique a un integrateur 50, qui
recoit des impulsions E2 d'une horloge 54 et qui delivre un-signal E3
integre a un circuit de controle 60.
La figure 3 montre que le circuit de controle 60 comporte des
comparateurs 63 a 63n qui recoivent le signal E3 et des signaux de
reference correspondant a differents pourcentages d'water ou d'water
salee dans l'huile, comme cela sera explique par la suite. Les
comparateurs 63 a 63n representent un nombre n de comparateurs en
fonction de la precision requise. Les comparateurs 63 a 63n delivrent
des signaux de sortie a-un decodeur logique 65 qui decode les signaux
de sortie de 'maniere a produire des signaux de commande vers des
portes ET de transfert 70. Les portes ET de transfert 70 recoivent
egalement des groupes de signaux numeriques provenant d'un dispositif
73 de signaux d'affichage. Chaque groupe de signaux numeriques
correspond a un pourcentage different de l'water dans l'huile
brute.Lorsqu'elle est commandee par le decodeur logique 65, une porte
ET 70 de transfert selectionne un groupe particulier de signaux
numeriques et les delivre au dispositif d'affichage 80 pour produire
un affichage visuel ou un affichage imprime, ou les deux, du
pourcentage d'water dans l'huile brute.
Les details du dispositif de signaux dlaffichage 73 ne sont pas
necessaires a la comprehension de l'invention. Une version peut
comporter des registres dans lesquels sont memorises prealablement les
contenus numeriques voulus.
La production de signaux de reference se fait de la maniere suivante.
Le signal E3 est applique a un convertisseur analogique-numerique 82
qui delivre a des portes ET de transfert 85 a 85n des signaux
numeriques correspondant au signal E3. Comme cela a ete indique
ci-dessus, la lettre n represente le nieme canal parmi un nombre de n
canaux. Les portes
ET de transfert 85 a 85n sont commandees par des signaux provenant
d'un dispositif 87 de signaux de commande fonctionnant manuellement,
pour laisser passer les signaux recus a l'instant approprie, et
provenant du dispositif de signaux de commande 87.
Ce dernier produit egalement un signal d'inhibition pour le decodeur
logique 65 afin d'eviter la production de signaux de commande par ce
decodeur pendant que les signaux de reference sont en cours
d'etablissement.
Des registres 89 a 89n produisent des signaux numeriques correspondant
a leur contenu, respectivement pour des convertisseurs
numeriques-analogiques 92 a 92n. Ces derniers delivrent des signaux
analogiques correspondants sous forme de signaux de rererence, aux
comparateurs 63 a 63n respectivement.
En fonctionnement, de l'huile brute pure ou de l'water a 100 percent
ou des melanges de differents pourcentages d'huile et d'water sont
introduits dans la cellule de mesure 1 pendant l'etalonnage de
l'ensemble. Par exemple, lorsque de l'huile brute.a 100 percent se
trouve dans la cellule de mesure 1, l'operateur commande le dispositif
87 de signaux de commande pour qu'il delivre une impulsion
d'autorisation a la porte ET de transfert 85, afin que les signaux
numeriques provenant du convertisseur analogique-numerique 82 soient
delivres au registre 89 et y penetrent. Le contenu du registre 89
correspond donc a de l'huile brute a 100 percent et le comparateur 63
recoit un signal de reference correspondant a de l'huile a 100
percent.A l'autre extremite de I'echelle, lorsque de l'water pure se
trouve dans la cellule de mesure 1, l1operateur produit un signal
d'autorisation dans le dispositif 87 de signaux de commande vers la
porte ET de transfert 85n, provoquant ainsi l'entree dans le registre
89n dont le contenu correspond donc a de l'water a 10vs. D'une facon
similaire, le signal de reference recu par le comparateur 63n
correspond a de l'water a lu08.
Au debut de chaque periode d'etalonnage, l'operateur commande le
dispositif 87 de signaux de commande pour delivrer une impulsion de
mise au repos aux registres 89 a 89n et le signal d'inhibition au
decodeur logique 65. L'impulsion d'inhibition cesse la fin de
l'operation d'etalonnage.
L'invention telle qu'elle a ete decrite cidessus concerne donc un
dispositif de controle d'water dans l'huile brute utilisant des
techniques d'hyperfrequences selon lesquelles un signal
d'hyperfrequence est transmis a travers le melange d'huile et d'water
puis est compare avec des valeurs connues pour ce signal.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Appareil de mesure de la teneur en pourcentage d'water dans de
l'huile brute circulant dans un pipe-line et comprenant une cellule
(1) agencee pour etre associee avec un pipe-line de maniere que
l'huile brute circule dans la cellule, appareil caracterise en ce
qu'il comporte un dispositif d'emission d'hyperfrequences (12, 14, 16,
28, 33) dispose pour emettre de l'energie en hyperfrequence a travers
l'huile brute circulant dans la cellule, un dispositif recepteur (38,
42, 46, 50, 60) destine a recevoir l'energie transmise et a produire
un signal representant l'energie recue et un dispositif (80) connecte
au dispositif recepteur et destine a produire une indication de la
teneur en pourcentage d'water dans l'huile brute.
2. Appareil selon la revendication 1, caracterise en ce que la cellule
(1) comporte une paire de fenetres de ceramique (7, 9) disposees de
maniere que l'energie en hyperfrequence soit transmise a travers une
premiere fenetre de ceramique (7) et soit recue par le dispositif
recepteur a travers l'autre fenetre de ceramique (9).
3. Appareil selon la revendication 2, caracte- rise en ce que le
dispositif d'emission comporte un klystron (12), un guide d'onde (14)
destine a conduire les hyperfrequences provenant du klystron, un
dispositif d'accord (24) destine a accorder les hyperfrequences, un
isolateur (16) dispose entre le dispositif d'accord et le klystron
pour eviter le retour d'hyperfrequences vers le klystron, un
attenuateur (28) destine a recevoir des hyperfrequences provenant de
l'isolateur et une premiere antenne (33) qui recoit les
hyperfrequences attenuees pour transmettre de l'energie en
hyperfrequence a travers la premiere fenetre de ceramique (7).
4. Appareil selon la revendication 3, caracterise en ce que le
dispositif recepteur comporte une seconde antenne (38) disposee avec
l'autre fenetre de ceramique (9) et destinee a recevoir l'energie
transmise, un detecteur (42) couple avec la seconde antenne pour
produire un signal representant l'energie en hyperfrequence recue, un
amplificateur (46) connecte au detecteur pour amplifier le signal qui
en provient, et un dispositif d'integration (501 connecte a
l'amplificateur et au dispositif indicateur pour produire un signal
integre vers le dispositif indicateur en fonction du signal provenant
de l'amplificateur afin que le dispositif indicateur fournisse
l'indication sur la teneur en water de l'huile brute.
5. Appareil selon la revendication 4, caracterise en ce que le
dispositif indicateur comporte un dispositif (82, 85, 89, 92) qui
produit des signaux de reference, chaque signal de reference
representant une teneur differente en pourcentage d'water dans l'huile
brute, un dispositif de comparaison (63), connecte au dispositif
d'integration et au dispositif de signaux de reference pour comparer
le signal provenant du dispositif d'integration avec le signal de
reference pour produire des signaux representant la teneur en
pourcentage d'water dans l'huile brute, un dispositif de decodage t65)
connecte au dispositif de comparaison et destine a produire des
signaux de commande en fonction des signaux provenant du dispositif de
comparaison, un dispositif de signaux d'affichage (73) destine a
produire des signaux d'affichage correspondant a differentes teneurs
en pourcentage d'water dans l'huile brute, un dispositif de
conmutation (70) connecte au dispositif de decodage et au dispositif
de signaux d'affichage pour selectionner les signaux d'affichage
appropries en fonction des signaux de commande provenant du dispositif
de decodage afin de produire des signaux d'affichage selectionnes, et
un dispositif d'affichage (80) connecte au dispositif de commutation
et destine a produire un affichage en fonction des signaux d'affichage
selectionnes.
6. Appareil selon la revendication 5, caracte- rise en ce que le
dispositif de signaux de reference comporte un convertisseur
analogique-numerique (82) connecte au dispositif d'integration et
destine a produire des signaux numeriques correspondant au signal
provenant du dispositif d'integration, plusieurs canaux de signaux de
reference connectes au conver- tisseur analogique-numerique et
commandes pour memoriser des signaux numeriques appropries
correspondant a des teneurs d'water en pourcentage connues en volume
de l'huile brute, et un dispositif de signaux de commande (87)
connecte auxdits plusieurs canaux de signaux de reference et au
dispositif de decodage pour commander lesdits canaux de signaux de
reference en fonction de differentes conditions connues de l'huile
brute, et pour inhiber le dispositif de decodage pendant le
developpement des signaux de reference.
7. Appareil selon la revendication 6, caracterise en ce que chaque
canal de signal de reference comporte des portes ET de transfert-(85)
connectees au dispositif de conversion analogique-numerique et au
dispositif de signaux de commande pour laisser passer les signaux
numeriques provenant du convertisseur analogique-numerique en reponse
a un signal provenant du dispositif de signaux de commande, un
registre (89) connecte a la porte ET de transfert et au dispositif de
signaux de commande, ce registre etant mis au repos par un signal de
mise au repos provenant du dispositif de signaux de commande, et
permettant d'introduire les signaux produits par la porte ET de
transfert, et de produire des signaux numeriques correspondant a son
contenu, et un convertisseur numerique-analogique (92) connecte au
dispositif de comparaison et destine a convertir les signaux
numeriques provenant du registre en un signal de reference
correspondant.
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identitfied items in that section.
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The best thing to do is to experiment by opening the sections and
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10. The main output window contains the publication full text (or part
thereof if selected).
11. The Tools section contains tools to help you navigate the
"discovered" (highlighted) items of interest.
The arrows and counter let you move through the highlighted items
in order.
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Try these out to best understand how they work, and to discover if
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