基于“石油工程綜合設(shè)計”的多學科協(xié)同工程能力培養(yǎng)實踐

韓國慶 李俊鍵 陳民鋒 盛茂

[摘 要] 該文介紹了石油工程專業(yè)綜合課程設(shè)計課程改革的方案、內(nèi)容和實施效果，總結(jié)了改革的經(jīng)驗和體會，對于工科類課程的綜合課程設(shè)計改革具有借鑒意義。

[關(guān)鍵詞] 石油工程;綜合設(shè)計;多學科協(xié)同

[基金項目] 2017年度中國石油大學（北京）教學改革項目“‘石油工程綜合設(shè)計課程體系建設(shè)（油藏、采油、鉆井及完井）”（2017-002）;2018年度中國石油大學（北京）教學改革項目“‘采油工程線上線下混合‘金課建設(shè)”（2018-015）

[作者簡介] 韓國慶（1969—），男，山東濟南人，中國石油大學（北京）石油工程學院教授，博士生導師，主要從事油氣田開發(fā)工程研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）38-0154-02? ? [收稿日期] 2020-07-10

石油工程綜合設(shè)計是石油工程專業(yè)新開設(shè)的一門專業(yè)必修課。該課程是把石油工程專業(yè)所學的有關(guān)課程（開發(fā)地質(zhì)、油藏工程、采油工程、鉆井工程、完井工程等）的知識，綜合應用于解決實際油氣田開發(fā)實踐這一系統(tǒng)工程問題，最終形成一個完整的油田開發(fā)方案。這門課程對于培養(yǎng)學生解決復雜工程問題，達到工程教育認證中對于解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)具有重要的意義。

因此，本次課程改革提出以油田原始資料和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加強訓練學生從原始資料中提出問題、分析問題和解決問題的能力，使學生能夠從油田生產(chǎn)的全局考慮進行各個專項工程設(shè)計，多學科協(xié)同提高學生工程能力。

一、石油工程綜合設(shè)計的內(nèi)容

石油工程綜合設(shè)計課程強調(diào)實際動手能力和解決復雜問題能力的培養(yǎng)[1，2]。通過“課堂理論知識講授”“開發(fā)設(shè)計習題課堂研討”“期末課堂匯報”三個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)課程教學任務(wù)。其中學生需要完成：（1）油藏地質(zhì)描述、（2）油藏工程設(shè)計、（3）采油工程設(shè)計、（4）鉆井工程設(shè)計、（5）完井工程設(shè)計、（6）經(jīng)濟效益評價開發(fā)方案設(shè)計、（7）編制方案報告等七方面實踐訓練，是對實際油田開發(fā)的一次預演，可以極大地提高學生全面系統(tǒng)掌握、靈活應用專業(yè)知識的能力和水平。

二、石油工程課程設(shè)計實施方案研究

（一）建設(shè)了系統(tǒng)的、完備的石油工程綜合設(shè)計課程實踐型教學資源

針對綜合設(shè)計要求，系統(tǒng)建設(shè)了教學大綱、任務(wù)指導書、講義PPT、設(shè)計軟件系統(tǒng)及教學視頻、地質(zhì)、開發(fā)、鉆井及完井的數(shù)據(jù)資料庫等材料。特別是設(shè)計的目標油藏是一個近真實的油藏，充分協(xié)調(diào)考慮了真實性與學生可操作性之間的關(guān)系。根據(jù)勘探開發(fā)階段所提供的有關(guān)試油試采資料、儲層物性資料、流體資料進行油田開發(fā)方案設(shè)計。該案例以西部某油田為原型，修改部分數(shù)據(jù)使其能用于油藏數(shù)值模擬且具有方案設(shè)計的典型性和多樣性。除此之外，方案設(shè)計也不再是簡單的井網(wǎng)形式下的開發(fā)指標，加強了工程論證訓練，對工程設(shè)計主要決策，包括評價油藏的非均質(zhì)性、開發(fā)層系、采油方式、井身結(jié)構(gòu)等方面加強綜合分析和綜合論證，使得整個油田開發(fā)方案設(shè)計與實際更貼切。

（二）研制了滿足課程實踐應用的“石油工程綜合開發(fā)設(shè)計模擬平臺”

自主研發(fā)了基于自動微分算法的“石油工程綜合設(shè)計平臺”[3]。自動微分法是一種介于符號微分和數(shù)值微分的方法：數(shù)值微分強調(diào)一開始直接代入數(shù)值近似求解;符號微分強調(diào)直接對代數(shù)進行求解，最后才代入問題數(shù)值;自動微分將符號微分法應用于最基本的算子，比如常數(shù)，冪函數(shù)，指數(shù)函數(shù)，對數(shù)函數(shù)，三角函數(shù)等，然后代入數(shù)值，保留中間結(jié)果，最后再應用于整個函數(shù)。因此自動微分應用相當靈活，可以做到完全隱藏微分求解過程，由于它的計算實際是一種圖計算，可以對其做很多優(yōu)化。所以自動微分方法與解析方法相比，計算結(jié)果更準確，計算速度更快。該軟件不僅僅具有算法上的優(yōu)勢，更具有界面操作簡單，容易上手的優(yōu)勢。石油工程綜合設(shè)計平臺將整個設(shè)計劃分為3大模塊，分別是油藏工程平臺、采油工程平臺、鉆完井工程平臺。在該平臺中，還提供儲量計算、等值線圖、連井剖面圖以及多種快速插值的方法如：反距離加權(quán)插值、克里金插值、最近鄰點插值等。這一系列功能都旨在簡化操作流程，讓學生們更專注于石油工程設(shè)計論證方面的內(nèi)容。

（三）建立了合理的石油工程綜合設(shè)計研究能力考查及課程考核方法

采取“論文+答辯”方式對本課程進行考核，課程成績?yōu)樵O(shè)計報告、PPT匯報與回答提問三方面綜合考評獲得。這種互動式考核提高了研究生學習和創(chuàng)新的自主性與綜合素質(zhì).增進了學生問相互交流。匯報及答辯過程中采用小組抽簽的方式進行，克服了學生偷懶的僥幸心理，保證了所有學生均能全身心投入。

（四）精心設(shè)計了研究性教學活動

1.設(shè)置課堂知識點討論。綜合設(shè)計實踐性強，實用性高。下達任務(wù)書過程中，會以課程講解的方式對設(shè)計任務(wù)書進行講解，通過統(tǒng)一的講解，讓同學們了解課程設(shè)計的關(guān)鍵點以及設(shè)計思路。使同學們將石油工程的基礎(chǔ)知識與現(xiàn)場實際應用有機結(jié)合。

2.開展課下針對性研討。針對石油工程設(shè)計中具體的問題，讓課代表進行匯總，安排統(tǒng)一的時間進行研討學習，在理論學習的基礎(chǔ)上，設(shè)置油氣田開發(fā)決策中主要問題（如：開發(fā)層系的劃分、井網(wǎng)設(shè)計與部署、軟件使用問題等）作為專題進行討論。專題研討會的作用：一是培養(yǎng)同學的研究能力和綜合能力;二是培養(yǎng)同學的協(xié)作精神和團隊精神。

3.引入研究生進入本科教學。利用本課題組的碩士博士研究生資源，在綜合設(shè)計的過程中，遇到難點和疑點，可與本課題組的碩博研究生進行探討，他們之間的年齡相差不大，交流起來更方便，同時碩博研究生也有近幾年學習該課程的經(jīng)歷，再加上研究生期間的學習，可有效地解決同學們之間的問題。

三、石油工程課程綜合設(shè)計改革實施效果分析

本次課程改革共有72名石油工程專業(yè)學生參加，其中24名學生學習教改內(nèi)容作為實驗組，48名學生學習以往的內(nèi)容作為對照組。兩組學生同時上課，結(jié)課，從課程成績、問卷調(diào)查、跟蹤調(diào)查三個方面進行效果評價。