解決復(fù)雜工程問題能力教育背景下的“保護儲層技術(shù)”課程教學(xué)改革

許成元 張 浩 康毅力 游利軍

（[1]西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院 四川·成都 610500；[2]成都理工大學(xué)能源學(xué)院 四川·成都 610059）

0 引言

培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜石油工程問題能力是石油工程專業(yè)本科生教育的重中之重，也是工程教育認(rèn)證提出的重點要求。復(fù)雜工程問題的特點是來源于現(xiàn)場工程實際，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力需要從現(xiàn)場經(jīng)典工程案例入手，理論聯(lián)系實際，通過引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)到的理論知識與現(xiàn)場實際工程問題聯(lián)系起來，從而提高學(xué)生們分析復(fù)雜工程問題、解決復(fù)雜工程問題的能力。本文以石油工程專業(yè)課“保護儲層技術(shù)”為例，從案例式教學(xué)、工程倫理思想、探討式教學(xué)模式三個方面進行闡述，探討培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的“保護儲層技術(shù)”課程教學(xué)改革對策。

1 培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的“保護儲層技術(shù)”課程教學(xué)改革策略

“保護儲層技術(shù)”課程是石油工程專業(yè)課之一。本課程的目標(biāo)和任務(wù)在于使學(xué)生掌握保護油氣層技術(shù)的基本概念、原則、思路與方法，掌握保護油氣層的技術(shù)，具備應(yīng)用科研成果與實踐的能力；培養(yǎng)學(xué)生形成系統(tǒng)性、針對性、科學(xué)性、全過程的保護油氣層理念，提高學(xué)生到現(xiàn)場后進行儲層保護的主動性和積極性，具備對各個作業(yè)環(huán)節(jié)儲層保護技術(shù)進行工程設(shè)計、施工和管理的能力；培養(yǎng)學(xué)生了解儲層保護技術(shù)的最新動態(tài)和發(fā)展趨勢，具備進一步結(jié)合本油田生產(chǎn)實際進行科研攻關(guān)的能力。為進一步培養(yǎng)和提高學(xué)生解決復(fù)雜儲層保護工程問題能力，可從以下三個方面入手。

1.1 采用案例式教學(xué)

案例教學(xué)的關(guān)鍵在于經(jīng)典工程案例的選取，案例需要來源于實際工程問題，帶又具有一定的啟發(fā)性，方便學(xué)生將所學(xué)概念、公式、原理等理論知識與工程實際相結(jié)合，通過應(yīng)用理論知識分析工程問題，進而增進對基本概念、機理、技術(shù)的理解，并培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。儲層損害是指在油氣鉆井、完井、生產(chǎn)、增產(chǎn)、提高采收率等全過程中的每一個作業(yè)環(huán)節(jié)，發(fā)生（或?qū)е拢┝黧w產(chǎn)出或注入能力顯著下降的現(xiàn)象或作用。因此，儲層保護需面對多種工程條件，涉及多個作業(yè)環(huán)節(jié)，考慮安全、綠色、高效、可持續(xù)等多種因素。綜上所述，“保護儲層技術(shù)”課程案例的選取可從儲層保護技術(shù)路徑選擇基本原則與標(biāo)準(zhǔn)，不同鉆開液體系下儲層損害機理，鉆完井階段工作液漏失損害三個方面入手。

1.1.1 儲層保護技術(shù)路徑選擇基本原則與標(biāo)準(zhǔn)

（1）戰(zhàn)略層次，油氣勘探開發(fā)技術(shù)要求：高效、安全、綠色。

（2）戰(zhàn)役層次，全過程儲層保護觀，必須同時滿足三個條件：有利于油氣層及時發(fā)現(xiàn)，有利于油氣層準(zhǔn)確評價，有利于油氣層高效開發(fā)。

（3）戰(zhàn)術(shù)層次，工程作業(yè)系統(tǒng)工程觀：首先必須將本環(huán)節(jié)作業(yè)高質(zhì)量、安全、順利、經(jīng)濟地完成好；不能把上一個環(huán)節(jié)作業(yè)已取得的功效削弱、破壞、甚至徹底消除；還必須為下一個環(huán)節(jié)作業(yè)創(chuàng)造良好的施工（井眼及井周地層）條件，至少不設(shè)置明顯障礙，或引發(fā)新的問題，導(dǎo)致后續(xù)作業(yè)復(fù)雜性和難度增加。

1.1.2 不同鉆開液體系及打開方式下、后續(xù)作業(yè)儲層損害的機理

鉆開液是指鉆開儲層段所使用的鉆井液，根據(jù)流體類型不同，可分為水基鉆開液、油基鉆開液、氣體鉆開液等。采用不同的鉆開液鉆開儲層，涉及的儲層損害機理均不同。

（1）氮氣鉆開條件下。主要儲層損害機理包括：應(yīng)力敏感損害、巖爆損害、油相圈閉損害，干濕交替（鉆遇水層、壓井、轉(zhuǎn)換完井液）致液相圈閉損害，壓井及完井液轉(zhuǎn)換漏失損害，酸敏損害、液相圈閉損害。

（2）水基液鉆開條件下。主要儲層損害機理包括：水相圈閉損害、流體敏感性損害，完井液漏失損害，壓裂水相圈閉損害。

（3）油基液鉆開條件下。主要儲層損害機理包括：油相圈閉損害，油基完井液漏失損害，壓裂水相圈閉損害。

1.1.3 鉆完井階段工作液漏失損害機理

以塔里木盆地KS區(qū)塊為例，儲層段平均工作液漏失量高達164.7m3。漏失的鉆開液將造成儲層損害帶范圍擴大，從而誘發(fā)嚴(yán)重的儲層損害。以KJ井為例，該井儲層段漏失為3.5m3，中途測試（測試井段：7445～7552m）顯示，6mm油嘴時氣井油壓為95.668MPa，流壓為121.810MPa，生產(chǎn)壓差為5.805MPa，平均產(chǎn)量45.6172×104m3/d，有效滲透率109.29mD，探測半徑為1858m。根據(jù)壓力歷史展開圖，可知氣井開井初期流壓呈下降趨勢，中期波動較大，后期流壓相對穩(wěn)定，表現(xiàn)為地層能量較充足。關(guān)井壓力恢復(fù)較快，呈“廠”字型，說明儲層損害嚴(yán)重。從雙對數(shù)診斷圖看，導(dǎo)數(shù)曲線形態(tài)呈均質(zhì)特征，出現(xiàn)徑向流，無邊界反映。選用井筒儲集+表皮的均質(zhì)無限大模型進行擬合分析計算得到氣井表皮系數(shù)為556，表明原始儲層滲透性好，但儲層鉆開階段的漏失造成了嚴(yán)重的儲層損害。

儲層天然裂縫即為油氣產(chǎn)出提供滲流通道，又成為工作液漏失通道，導(dǎo)致鉆完井過程中工作液漏失頻繁發(fā)生。工作液漏失是鉆完井階段最嚴(yán)重的儲層損害方式，表現(xiàn)為漏失損害程度高和漏失損害帶廣。漏失導(dǎo)致工作液中固相和液相大量侵入儲層，極易誘發(fā)固相堵塞損害、流體敏感性損害、應(yīng)力敏感性損害和液相圈閉損害。隨工作液漏失量增加，漏失損害范圍急劇增大，并與后續(xù)作業(yè)損害相疊加，損害更難解除。

1.2 貫徹工程倫理思想

（1）基于典型案例分析的油氣工程活動多元價值觀和利益協(xié)調(diào)機制研究。分析代表性國有企業(yè)和民營企業(yè)油氣工程共同體中，工程師發(fā)揮多重身份（角色）的作用?？偨Y(jié)、凝練出重大油氣工程項目、典型工程事故中的多元價值博弈與權(quán)衡、利益公正分配機制、合理補償機制、溝通協(xié)商機制。

（2）彰顯中國特色的油氣工程倫理規(guī)范的探索。分析傳統(tǒng)的生物圈理論對于指導(dǎo)油氣工程倫理作用的局限性，研究并重點關(guān)注五大圈層（大氣圈、水圈、土圈、生物圈、巖石圈）的交互作用。從更廣泛的空間和更長遠的時間尺度，分析油氣工程作業(yè)工作流體使用及“三廢”處置的倫理正當(dāng)性。把生物圈與巖石圈中的油氣藏、地下水資源、其他礦產(chǎn)資源納入一個整體，構(gòu)建總體可持續(xù)發(fā)展格局的新思路。在借鑒歐美發(fā)達國家油氣工程師倫理規(guī)范的同時，強調(diào)注重傳承和發(fā)揚中國傳統(tǒng)道德文化，注重培養(yǎng)家國情懷。注意與社會主義核心價值觀、新發(fā)展理念的結(jié)合；注意挖掘行業(yè)、專業(yè)、學(xué)科層面有特色的先進文化；注意與構(gòu)建人類命運共體的使命相聯(lián)系。

（3）新時代有道德石油工程師培育有效路徑探討。吸引青年教師，聽課助課，關(guān)注油氣工程的倫理問題研究，儲備相關(guān)知識和工程經(jīng)歷，并為持續(xù)授課創(chuàng)造條件。授課教師將嘗試多種方法，加強現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的運用，列舉鮮活生動的工程案例、通用工程倫理案例、油氣行業(yè)近年重大影響的工程案例，提高教學(xué)效果。

1.3 采用探討式教學(xué)模式

改進傳統(tǒng)“教師講、學(xué)生聽”的教學(xué)模式，通過與學(xué)生溝通、交流、探討工程案例，增強師生互動環(huán)節(jié)，活躍課堂氣氛，有效調(diào)動學(xué)生的積極性，真正實現(xiàn)探討式與啟發(fā)式教學(xué)。解決復(fù)雜工程問題能力是石油工程專業(yè)本科生培養(yǎng)的重要目標(biāo)。高效保護儲層是石油工程專業(yè)學(xué)生走上工作崗位后所要面臨的主要工程問題之一。石油工程專業(yè)“保護儲層技術(shù)”課程涉及學(xué)科廣、內(nèi)容繁雜、理論性強，基礎(chǔ)學(xué)科功底差的學(xué)生較難掌握，容易使學(xué)生產(chǎn)生畏難和消極情緒。根據(jù)授課中的感受和對這門課的理解，并結(jié)合學(xué)生課堂反應(yīng)，目前該課程的授課普遍存在三個方面的問題：教學(xué)課時減少與教學(xué)內(nèi)容增多的矛盾；教學(xué)模式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差。工程案例剖析是掌握理論知識最有效的途徑，通過引入科研實踐中的經(jīng)典保護儲層技術(shù)工程案例，加以有效設(shè)計并將傳統(tǒng)教學(xué)與案例教學(xué)相結(jié)合，將會實現(xiàn)學(xué)生由“被動接受”向“主動學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變，有效提高石油工程專業(yè)本科生跨學(xué)科解決保護儲層技術(shù)問題的能力。采用探討式教學(xué)方式，通過與學(xué)生溝通、交流，探討工程案例教學(xué)效果，查找各教學(xué)環(huán)節(jié)存在的不足，進而在案例的設(shè)計和實施方案上不斷完善。

2 結(jié)語

培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜石油工程問題能力是石油工程專業(yè)本科生教育的重中之重，也是工程教育認(rèn)證提出的重點要求。本文以石油工程專業(yè)課“保護儲層技術(shù)”為例，從案例式教學(xué)、工程倫理思想、探討式教學(xué)模式三個方面進行闡述。探討了如何在“保護儲層技術(shù)”這門課程中進行教學(xué)改革和探索，提高學(xué)生們解決復(fù)雜石油工程問題的能力，以期為其它課程教學(xué)提供借鑒。