王艷麗

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院,山東東營(yíng)257000)

《鉆井工程》課程教學(xué)改革探索

王艷麗

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院,山東東營(yíng)257000)

《鉆井工程》課程涵蓋內(nèi)容范圍廣,理論性強(qiáng),與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合緊密,知識(shí)更新快。單純采用講授法教學(xué),效果不夠理想?！躲@井工程》教學(xué)要根據(jù)課程特點(diǎn)和目前教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題,將講授法與啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)、比喻教學(xué)等方法巧妙結(jié)合,采用學(xué)生自學(xué)加提問(wèn)的方式或讓學(xué)生講解的方式加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力;弱化應(yīng)用型公式,強(qiáng)化解決問(wèn)題的思路;利用真實(shí)情景教學(xué),增強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)容的直觀性;及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容,跟上技術(shù)發(fā)展步伐。只有這樣才能使《鉆井工程》課程的教學(xué)效果得到提升,也為其他工程類課程的教學(xué)提供借鑒。

鉆井工程;教學(xué)方法;講授法;工程實(shí)踐

《鉆井工程》是石油工程類專業(yè)一門(mén)非常重要的必修課,主要講述鉆井工程中涉及到的基本理論、基本計(jì)算、基本設(shè)計(jì)和現(xiàn)代鉆井技術(shù)的基本工藝過(guò)程。既是重要的基礎(chǔ)理論課程,又是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程[1]77,強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。該課程的教學(xué)既要讓學(xué)生系統(tǒng)掌握鉆井工程的相關(guān)理論,又要能與鉆井工程實(shí)踐相結(jié)合,單純的講授法教學(xué)難以達(dá)到目的?！躲@井工程》的教學(xué)必須結(jié)合課程特點(diǎn)進(jìn)行改革。

一、《鉆井工程》的課程特點(diǎn)

(一)涉及學(xué)科多,理論性強(qiáng)

《鉆井工程》是一門(mén)綜合性學(xué)科,涵蓋鉆井的工程地質(zhì)環(huán)境、鉆進(jìn)工具、鉆井液、現(xiàn)代鉆井技術(shù)、固井完井、鉆井工程設(shè)計(jì)、特殊鉆井作業(yè)及技術(shù)等多方面內(nèi)容,涉及地質(zhì)學(xué)、測(cè)井解釋、巖石力學(xué)、管柱力學(xué)、油田化學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械原理和材料力學(xué)等學(xué)科。該課程理論性強(qiáng),學(xué)科內(nèi)容相互交叉、相互滲透[2-4],給教學(xué)帶來(lái)很大困難。再加上內(nèi)容中因涉及到基本計(jì)算而出現(xiàn)的公式較多,讓學(xué)生自然而然地產(chǎn)生畏難心理,極易影響課堂教學(xué)效果。

(二)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合緊密

《鉆井工程》作為一門(mén)“工程”類的課程,很多知識(shí)非常抽象,與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合非常緊密[5],如果單純講授,沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐,學(xué)生接受起來(lái)會(huì)非常困難。

(三)知識(shí)更新速度快

隨著技術(shù)的發(fā)展,鉆井作為石油勘探開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié),鉆井工具設(shè)備不斷更新,鉆井工藝技術(shù)不斷進(jìn)步,但《鉆井工程》教材中的相關(guān)內(nèi)容卻不能做到及時(shí)更新,致使學(xué)生無(wú)法通過(guò)教材學(xué)習(xí)最新的設(shè)備工具和工藝技術(shù),勢(shì)必對(duì)深造和就業(yè)產(chǎn)生不利影響。

二、《鉆井工程》課程教學(xué)改革的方向

根據(jù)《鉆井工程》課程的特點(diǎn),該類課程教學(xué)要達(dá)到理想效果,需要從以下幾方面進(jìn)行改革。

(一)結(jié)合教學(xué)需要,將講授法與多種方法巧妙結(jié)合

目前,我國(guó)高校課堂的基本教學(xué)形式還是講授法[6]。講授法缺乏學(xué)生直接實(shí)踐和及時(shí)做出反饋的機(jī)會(huì),容易使學(xué)生處于被動(dòng)等待的地位,如果課堂上無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,就會(huì)造成“滿堂灌”的情況,整個(gè)課堂會(huì)枯燥無(wú)味。但講授法有利于發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,能夠在短時(shí)間內(nèi)向?qū)W生大量傳授系統(tǒng)連貫的知識(shí),對(duì)教學(xué)進(jìn)程的調(diào)控方便,而且能完成傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、思想教育三項(xiàng)職能,因此,是一種必要的教學(xué)方法。

要提高教學(xué)效果,運(yùn)用講授法進(jìn)行《鉆井工程》課程教學(xué)時(shí),必須吸引學(xué)生的注意,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可以通過(guò)語(yǔ)調(diào)的變化、舉例、提問(wèn)等方式引起學(xué)生注意。如在講授井噴事故時(shí),可以采用案例教學(xué)法,先用“重慶開(kāi)縣12.23特大井噴事故”引出課題,簡(jiǎn)述事故的情況,為后面講解井噴的危害做一個(gè)鋪墊。由于井噴事故發(fā)生的原因是該課題的重點(diǎn),因此,在講述完發(fā)生原因之后,可再回到“重慶開(kāi)縣12.23特大井噴事故”這個(gè)例子,借助實(shí)例來(lái)驗(yàn)證所學(xué)理論,以加強(qiáng)學(xué)生的印象。

《鉆井工程》課程有些教學(xué)內(nèi)容抽象、機(jī)理復(fù)雜,學(xué)生接受和理解難度較大,教師可以運(yùn)用比喻教學(xué)法,巧用生活中的實(shí)例,達(dá)到讓學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)新事物的目的。如牙輪鉆頭工作原理中涉及的超頂、復(fù)錐、移軸及其引起的滑動(dòng)是非常抽象的知識(shí)點(diǎn),如果讓學(xué)生從速度的合成與分解上看出超頂、復(fù)錐引起切向上的滑動(dòng),移軸引起軸向上的滑動(dòng),學(xué)生難以理解,如果改為用石碾做比方,通過(guò)對(duì)石碾工作過(guò)程的展示,學(xué)生就很容易理解切向滑動(dòng)和軸向滑動(dòng)了,而且學(xué)生印象深刻。另外,講授鉆柱的疲勞破壞時(shí),可以將井下的鉆柱比喻成鐵絲,在固定點(diǎn)反復(fù)彎曲,鐵絲就會(huì)斷裂。通過(guò)比喻,學(xué)生對(duì)于鉆柱的疲勞損壞就很容易理解[5]。

輔以圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)等材料的講授法,能使枯燥的內(nèi)容變得有趣生動(dòng),在一定程度上提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,也有利于提高課堂效果。

另外,應(yīng)該適當(dāng)運(yùn)用自學(xué)法,加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。對(duì)于自學(xué)的內(nèi)容,教師可通過(guò)提問(wèn)的方式或者讓學(xué)生講解的方式考察自學(xué)效果,學(xué)生講解的優(yōu)點(diǎn)是:學(xué)生從自己的角度出發(fā)進(jìn)行講解,更容易理解,而且由于是同學(xué)講述,課堂氣氛也比較好。學(xué)生講解后,教師可以將出現(xiàn)問(wèn)題的內(nèi)容、課程中的難點(diǎn)再講解一遍,以加深學(xué)生的理解。

(二)弱化應(yīng)用型公式,強(qiáng)化解決問(wèn)題的思路

《鉆井工程》課程中的公式較多,主要有兩類:一類是基礎(chǔ)型的公式,如地層壓力計(jì)算公式,非常簡(jiǎn)單,而且與要求掌握的基本概念相符,整個(gè)課程講述過(guò)程中都會(huì)用到;另一類是應(yīng)用型的公式,如循環(huán)壓耗的計(jì)算,涉及到鉆井液的密度、黏度、管徑的尺寸等,參數(shù)比較多,記憶很困難。對(duì)于這種公式,筆者認(rèn)為,只要學(xué)生了解其中涉及到的參數(shù),用到時(shí)能找到公式應(yīng)用即可,也就是對(duì)于應(yīng)用型公式要弱化。如機(jī)械破巖參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等,應(yīng)該弱化公式,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)解決此類問(wèn)題的思路:首先確定標(biāo)準(zhǔn),建立目標(biāo)函數(shù),然后運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法在各種約束條件下尋求目標(biāo)函數(shù)的極值點(diǎn),最后滿足極值點(diǎn)條件的參數(shù)組合即為最優(yōu)參數(shù)。再如,水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),目前有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)——最大鉆頭水功率標(biāo)準(zhǔn)、最大射流沖擊力標(biāo)準(zhǔn)和最大射流噴射速度標(biāo)準(zhǔn)。其中,教師應(yīng)詳細(xì)講解最大鉆頭水功率標(biāo)準(zhǔn)下的水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程,對(duì)于最大射流沖擊力標(biāo)準(zhǔn)的水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)只講解思路,最大射流噴射速度標(biāo)準(zhǔn)的水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以作為習(xí)題布置給學(xué)生,讓學(xué)生自己進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)習(xí)題的練習(xí),學(xué)生對(duì)于解決參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題思路更加明確。這種解決問(wèn)題的思路在其他課程或以后工作中都是適用的。利用弱化公式、強(qiáng)化思路這樣的教學(xué)方法有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

(三)利用真實(shí)情景教學(xué),增強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)容的直觀性

《鉆井工程》的特點(diǎn)之一就是與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合非常緊密,因此,在教學(xué)過(guò)程中與現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)合是十分必要的,而且效果也非常好。如講到鉆井液循環(huán)時(shí),可以到現(xiàn)場(chǎng)參觀井場(chǎng)的布置,對(duì)照著現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物,給學(xué)生講解循環(huán)流程,從鉆井泵出來(lái)后,鉆井液經(jīng)過(guò)地面高壓管線,到達(dá)立管、水龍帶、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、鉆頭,從鉆頭水眼出來(lái)后攜帶著井底的巖屑從環(huán)空上返,直到井口,然后進(jìn)入固控處理設(shè)備(振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)等)進(jìn)行處理,之后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)可以很清楚地看到整個(gè)流程,而且對(duì)于其中涉及到的設(shè)備會(huì)有直觀的認(rèn)識(shí)。另外,還有一些打撈井下落物的工具,如打撈矛、打撈筒、公錐、母錐、內(nèi)鉤、外鉤等,如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能看到這些實(shí)物,并且能夠拆卸和組裝,對(duì)于這些工具的結(jié)構(gòu)、打撈原理的理解效果肯定要比單純講授好。但鑒于鉆井現(xiàn)場(chǎng)安全性的要求,去現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)存在很多變數(shù),每年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)無(wú)法保證,可以建立相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)室,利用仿真模擬,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的教學(xué)。另外,可以購(gòu)買(mǎi)鉆井工程的一些教學(xué)模具,如牙輪鉆頭、PDC鉆頭、井下動(dòng)力鉆具等,在上課的過(guò)程中使用,使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)這些工具的結(jié)構(gòu)和工作原理,達(dá)到事半功倍的效果[1]78。

(四)及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容,跟上技術(shù)發(fā)展步伐

眾所周知,我們使用的教材是滯后的,教材中的一些知識(shí)跟不上技術(shù)的發(fā)展,這就需要教師根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,不斷充實(shí)、整合教學(xué)內(nèi)容[7],如教材中對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井幾乎沒(méi)有涉及,但頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)是當(dāng)今石油鉆井的前沿技術(shù)與裝備,符合21世紀(jì)鉆井自動(dòng)化的歷史潮流,是鉆井機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì),現(xiàn)在我國(guó)赴國(guó)外打井的隊(duì)伍,如果沒(méi)有安裝該系統(tǒng)將不允許在投標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)中中標(biāo),可見(jiàn)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)已經(jīng)到了非用不可的地步。再如膨脹管技術(shù),是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)實(shí)用鉆井新技術(shù),是勘探開(kāi)發(fā)深部油藏的關(guān)鍵技術(shù)。在常規(guī)鉆井中,當(dāng)遇到異常壓力層或易塌、易漏等復(fù)雜層位時(shí),通常采取下入技術(shù)套管進(jìn)行封隔的方式確保施工安全。但鉆井越深、套管層次越多,相應(yīng)的下一級(jí)井眼尺寸越小,因此不得不采取小尺寸鉆頭鉆進(jìn),最終導(dǎo)致井眼尺寸小,難以滿足開(kāi)采及后續(xù)修井、增產(chǎn)等作業(yè)的要求,甚至無(wú)法鉆達(dá)目的層。膨脹管在井下通過(guò)機(jī)械或液壓的方式在直徑方向上膨脹,此技術(shù)的應(yīng)用使得同一尺寸套管代替原來(lái)的多層套管成為可能,改善了現(xiàn)有的井身結(jié)構(gòu),使復(fù)雜的深井超深井能較順利地鉆達(dá)目的層,甚至實(shí)現(xiàn)單一井徑鉆井(一種小尺寸套管鉆到底)的目標(biāo),也從根本上解決了大尺寸井眼鉆速慢的問(wèn)題,縮短建井周期,降低鉆井成本。因此,在教學(xué)過(guò)程中必須要增加這些內(nèi)容,使教學(xué)內(nèi)容與技術(shù)的發(fā)展一致起來(lái),豐富學(xué)生的視野,擴(kuò)大其專業(yè)知識(shí)面,為以后學(xué)生的深造和就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。

三、改革效果

在教授2011級(jí)石油工程專業(yè)學(xué)生的《鉆井工程》時(shí),筆者主要采用的是講授法,沒(méi)有鉆井現(xiàn)場(chǎng)教學(xué),對(duì)于鉆井實(shí)際的情況只能通過(guò)圖片、視頻等資料進(jìn)行補(bǔ)充,學(xué)生反映該課程太難,不易理解,效果不是很理想。在給2012級(jí)和2013級(jí)學(xué)生上課過(guò)程中,除了講授法外,增加了學(xué)生自己講解的環(huán)節(jié),學(xué)生不僅加深了對(duì)于該部分的理解程度,而且課堂氣氛非?；钴S,學(xué)生非常積極;同時(shí)鉆井生產(chǎn)實(shí)習(xí)正好與《鉆井工程》課程教學(xué)同步進(jìn)行,學(xué)生到現(xiàn)場(chǎng)看到了整個(gè)鉆井所用的設(shè)備,對(duì)井場(chǎng)的布置、現(xiàn)場(chǎng)的工具等有了更加直觀的了解,到了課堂上,又放了相關(guān)的視頻資料和圖片資料,更進(jìn)一步加深了學(xué)生的理解和認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)比2011級(jí)和2012級(jí)、2013級(jí)的教學(xué)情況,結(jié)合課程特點(diǎn)進(jìn)行的教學(xué)改革,使得學(xué)生對(duì)于鉆井工程的理解更加深入,教學(xué)的整體效果有所提升。

四、結(jié)束語(yǔ)

《鉆井工程》是石油工程專業(yè)的三大專業(yè)課之一,是一門(mén)綜合性學(xué)科,涉及巖石力學(xué)、管柱力學(xué)、鉆井液等領(lǐng)域?！躲@井工程》課程的教學(xué)只有綜合利用多種教學(xué)手段,靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際問(wèn)題,不斷補(bǔ)充完善教學(xué)內(nèi)容,才能真正提高教學(xué)的有效性,達(dá)到應(yīng)有目的。

[1] 林英松.《鉆井工程》課程建設(shè)實(shí)踐[J].石油教育,2008(1): 77-78.

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[責(zé)任編輯]徐月欣

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A

1673-5935(2016)04-0067-03

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.04.019

2016-11-20

王艷麗(1982—),女,山東青州人,中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院講師,碩士,主要從事油氣井工程方面的研究。