一種全浸式油氣藏工程課程設計方式研究

朱蘇陽，付 玉，湯 勇，陳小凡，彭小龍

（1.西南石油大學 石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500；2.西南石油大學 教學評估處〔教師教學發(fā)展中心〕，四川 成都 610599）

課程設計是工科學科在考核理論知識系統(tǒng)化應用中的重要組合部分，如何全面考察學習者掌握的理論方法，以及對知識點的應用技巧，是工科課程設計的核心內容。油氣藏工程是石油工程重要的研究領域和學科方向之一，培養(yǎng)高質量的油氣藏工程學生，對保障我國能源安全和國家地位具有重要作用。因此，有必要進一步提高課程設計的質量，全面靈活地考核學習者掌握的知識系統(tǒng)，以響應新時代新工科的教學要求。

目前，油氣藏工程的課程設計依然沿用傳統(tǒng)的練習方式，讓學習者了解油氣藏的測試數(shù)據和實驗結果（題干），在簡單地認識油氣藏之后，進行單向無反饋的油氣藏開發(fā)方案設計。這種設計方法不僅不符合真實油氣藏的開發(fā)過程，也無法全面調動學習者掌握的知識內容。

為了解決這個問題，研究提出了一種基于油藏數(shù)值模型的全浸式油氣藏工程課程設計方案，通過將高精細的油藏數(shù)值模型位于黑盒之中，設計了交互反饋式的數(shù)據運行模式，得到了一種全浸式的油氣藏工程課程設計方案，可以全面考查學習者掌握的課程知識和使用技能，并提高學習者對油氣藏開發(fā)方案規(guī)劃過程中的體驗感。

一、油氣藏工程課程設計現(xiàn)狀

油氣藏工程的課程教學內容具有工科課程中典型的系統(tǒng)化和應用化的特點，課程系統(tǒng)性較強，分論和總論課程之間存在大量的交叉和融合。由此可知，對于油氣藏工程課程同樣具有極強的應用性。通過課程設計的方法，讓學生充分領會并應用所學理論，才能有效培養(yǎng)高質量的油氣藏工程學生。

（一）方法陳舊

油氣藏工程課程設計的考核主要沿用了老式的課程設計方法，在練習材料上給出油氣藏的特定參數(shù)、測試數(shù)據和實驗結果，要求學生對油氣田開發(fā)方案進行設計。這樣的課程設計方法對學生的知識考核較為單一，未能充分調動學生的課程知識儲備。

（二）體驗感差

目前的課程設計內容導致了學習者對油氣藏工程的體驗感較差。這是因為課程設計通常有一個標準答案，對真實油氣藏的模擬程度較低。同時，這樣的課程設計思路是一個單向無反饋的設計路線，而在油氣藏開發(fā)過程中，工程師需要根據提出的措施、油氣藏參數(shù)的反饋，不斷修正之前對油氣藏特征的認識，從而提出新的方案和措施。

目前在油氣藏工程的課程設計中，學習者機械地執(zhí)行油氣藏開發(fā)的技術流程，題目中的油氣藏也不可能對學習者做出的決策進行響應反饋，造成了考核方式簡單、單向無反饋，以及油氣藏工程體驗感差的工程設計方法。

二、一種全浸式油氣藏工程課程設計方式

（一）全浸式體驗

全浸方法源于游泳教學，是比較適合初學者的訓練方法。這是因為全浸方法對于技術水平的提高，不是建立在大量的訓練上，而是建立在對于此項活動（可以是思想活動）的全方位接觸的基礎上。目前，浸入式的教學方法通常在英語教學中被討論，通過讓學習者全方位（眼見、耳聽、口說和手寫）地接觸英文環(huán)境，以快速提高學習者的英語語感和水平。然而，全浸式的教學方法對于工科教學的應用，目前還未見到成熟且可靠的探索。

對于油氣藏工程的課程設計而言，全浸式的課程設計是將學習者所修的所有專業(yè)課程內容充分調動起來，全方面無死角地在課程設計中進行應用。

（二）油藏黑盒模型

全浸式的油氣藏工程課程設計核心是一個處于黑盒中的高精細油藏數(shù)值模型（見圖1），這個模型具有完整的油氣藏的細節(jié)數(shù)據（儲層物性的孔隙度、滲透率和飽和度等參數(shù)）。所謂的黑盒，即學習者僅知道油氣藏大致的深度數(shù)據，而其余的參數(shù)對于學習者并不直接可視。

圖1 油藏黑盒模型與工作流程

黑盒中，模型的各類參數(shù)對體驗者（學生）都是不可知的，但是模型的參數(shù)可以通過接受的操作指令進行認識。黑盒中可以接受的指令完全根據現(xiàn)有的油氣藏認識的方法，主要分為取心和生產模擬兩個指令。其中，取心指令模擬鉆井取心的過程，可以輸出油藏具體部位的巖石物性數(shù)據（儲層物性的孔隙度、滲透率和飽和度等數(shù)據），而模擬生產指令可以模擬不同井型、不同井網、不同注入介質，以及不同生產條件下的生產動態(tài)數(shù)據（數(shù)據反饋）。另外，取心和模擬生產的指令賦有一定的經濟成本，在開發(fā)經濟評價的過程中，可以衡量認識油氣藏過程中的成本。

（三）數(shù)據運行模式

全浸式的油氣藏工程的課程設計的數(shù)據運行模式主要由數(shù)據運行工作站、數(shù)據分發(fā)服務器和智能便攜終端構成（見圖2）。其中，高精細的油藏黑盒模型儲存在數(shù)據運行工作站內主要進行高精度的油藏數(shù)值模擬運算，接收數(shù)據分發(fā)服務器提供的操作指令，計算不同條件下的產量數(shù)據和取心參數(shù)，并存儲運算結果，將結果傳輸至數(shù)據分發(fā)服務器。

圖2 全浸式課程設計模型的數(shù)據運行方式

學習者在進行全浸式油氣藏工程的課程設計的過程中，首先由數(shù)據運行工作站生成一個特定的油氣藏模型。學習者在智能便攜終端發(fā)布指令（油氣藏工程開發(fā)過程中的措施），提交指令給數(shù)據分發(fā)服務器，數(shù)據分發(fā)服務器將指令傳遞給數(shù)據運行工作站，數(shù)據運行工作站對提交的指令進行響應（油藏數(shù)值模擬計算）并輸出反饋結果，輸出的結果通過數(shù)據分發(fā)服務器反饋給智能便攜終端的學習者。

（四）反饋流程

油氣藏開發(fā)方案設計是一個認識油氣藏特征、預測油氣藏動態(tài)并優(yōu)化開發(fā)方案的過程，其本身不是一次設計就可以完成的，因此需要在不斷地試探過程（發(fā)布指令，取芯或是生成數(shù)據，得到油藏的反饋）中認識油氣藏，通過試探的反饋對油氣藏的開發(fā)方案不斷進行調整。這一過程的核心即信息反饋，而全浸式的油氣藏課程設計可以通過類似的反饋流程模擬真實的油氣藏開發(fā)過程。

在整個反饋過程中，學習者發(fā)布操作指令，油藏黑盒根據發(fā)布的指令開始模擬計算，并反饋出計算結果，加深對油氣藏的認識，然后根據更新的對油氣藏的認識，進一步發(fā)布新的指令以開發(fā)油氣藏，每一步中都會對發(fā)布的指令和根據指令得到的生產數(shù)據進行經濟核算，對比采收率和盈利指標，比較不同開發(fā)方案之間的優(yōu)劣。

三、思考與討論

（一）知識調動更加全面

全浸式油氣藏工程的課程設計方法可以對學習者的知識調動更加全面，可以讓學習者體會到真實油氣藏開發(fā)過程中對所學知識的靈活應用。例如，油氣藏的模擬取芯指令可以輸出油藏具體位置的孔滲飽參數(shù)，讓學習者認識油氣藏，完成“油層物理”課程中的油藏評價和油藏開發(fā)規(guī)律估算的工作（見圖3）。

圖3 油藏黑盒模型功能

全浸式油氣藏的課程設計中對油氣藏的每一步操作（取心和模擬生產）都賦予了經濟屬性（開發(fā)成本），讓學習者在進行課程設計的過程中，可以明確油氣藏開發(fā)和生產過程中的經濟屬性，以厘清在不同油價區(qū)間內容的產值最優(yōu)和采收率最優(yōu)的區(qū)別。

（二）全浸式體驗更加真實

全浸式油氣藏工程的課程設計可以給學習者帶來完全不同的體驗。在全浸式油氣藏工程的課程設計中，油氣藏的地質特征是全黑盒的（對學習者不可見），生產特征是可以進行分析的，整個設計過程中沒有任何確定的題干和題目，學習者需要通過一定虛擬的經濟代價去鉆井取心或是模擬生產動態(tài)以認識油氣藏，并在油氣藏反饋過程中不斷修正之前對地質特征的認識，這與真實的油氣藏開發(fā)過程基本一致。

結語

1.目前的油氣藏工程課程設計對學生的知識考核較為單一，未能充分調動學生所學的課程知識儲備，也難以鍛煉學生的數(shù)據處理和操作能力。學習者在完成課程設計的過程中，機械地執(zhí)行油氣藏開發(fā)的技術流程，油氣藏也不可能對學習者做出的決策進行響應，使得學習者難以適應真實油氣藏的開發(fā)方案設計。

2.油氣藏開發(fā)方案的制定是一個認識、預測油氣藏的過程，其本身就不是一次性可以完成的。研究設計了一種全浸式的課程設計方案，通過油藏模型對試探的反饋，對油氣藏的開發(fā)方案進行不斷地調整，可以更加貼近真實的油氣藏開發(fā)過程。

3.全浸式油氣藏工程的課程設計沒有標準答案，只有不斷通向接近真實答案的路徑，這與油氣田開發(fā)過程完全一致，也有利于學習者在今后的工作中可以更快地進入油氣藏工程師的角色。