朱蘇陽(yáng)，付 玉，湯 勇，陳小凡，彭小龍

（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.西南石油大學(xué) 教學(xué)評(píng)估處〔教師教學(xué)發(fā)展中心〕，四川 成都 610599）

課程設(shè)計(jì)是工科學(xué)科在考核理論知識(shí)系統(tǒng)化應(yīng)用中的重要組合部分，如何全面考察學(xué)習(xí)者掌握的理論方法，以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用技巧，是工科課程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。油氣藏工程是石油工程重要的研究領(lǐng)域和學(xué)科方向之一，培養(yǎng)高質(zhì)量的油氣藏工程學(xué)生，對(duì)保障我國(guó)能源安全和國(guó)家地位具有重要作用。因此，有必要進(jìn)一步提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，全面靈活地考核學(xué)習(xí)者掌握的知識(shí)系統(tǒng)，以響應(yīng)新時(shí)代新工科的教學(xué)要求。

目前，油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)依然沿用傳統(tǒng)的練習(xí)方式，讓學(xué)習(xí)者了解油氣藏的測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果（題干），在簡(jiǎn)單地認(rèn)識(shí)油氣藏之后，進(jìn)行單向無(wú)反饋的油氣藏開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法不僅不符合真實(shí)油氣藏的開(kāi)發(fā)過(guò)程，也無(wú)法全面調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者掌握的知識(shí)內(nèi)容。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究提出了一種基于油藏?cái)?shù)值模型的全浸式油氣藏工程課程設(shè)計(jì)方案，通過(guò)將高精細(xì)的油藏?cái)?shù)值模型位于黑盒之中，設(shè)計(jì)了交互反饋式的數(shù)據(jù)運(yùn)行模式，得到了一種全浸式的油氣藏工程課程設(shè)計(jì)方案，可以全面考查學(xué)習(xí)者掌握的課程知識(shí)和使用技能，并提高學(xué)習(xí)者對(duì)油氣藏開(kāi)發(fā)方案規(guī)劃過(guò)程中的體驗(yàn)感。

一、油氣藏工程課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

油氣藏工程的課程教學(xué)內(nèi)容具有工科課程中典型的系統(tǒng)化和應(yīng)用化的特點(diǎn)，課程系統(tǒng)性較強(qiáng)，分論和總論課程之間存在大量的交叉和融合。由此可知，對(duì)于油氣藏工程課程同樣具有極強(qiáng)的應(yīng)用性。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的方法，讓學(xué)生充分領(lǐng)會(huì)并應(yīng)用所學(xué)理論，才能有效培養(yǎng)高質(zhì)量的油氣藏工程學(xué)生。

（一）方法陳舊

油氣藏工程課程設(shè)計(jì)的考核主要沿用了老式的課程設(shè)計(jì)方法，在練習(xí)材料上給出油氣藏的特定參數(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，要求學(xué)生對(duì)油氣田開(kāi)發(fā)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣的課程設(shè)計(jì)方法對(duì)學(xué)生的知識(shí)考核較為單一，未能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課程知識(shí)儲(chǔ)備。

（二）體驗(yàn)感差

目前的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容導(dǎo)致了學(xué)習(xí)者對(duì)油氣藏工程的體驗(yàn)感較差。這是因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)通常有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案，對(duì)真實(shí)油氣藏的模擬程度較低。同時(shí)，這樣的課程設(shè)計(jì)思路是一個(gè)單向無(wú)反饋的設(shè)計(jì)路線，而在油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)提出的措施、油氣藏參數(shù)的反饋，不斷修正之前對(duì)油氣藏特征的認(rèn)識(shí)，從而提出新的方案和措施。

目前在油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)習(xí)者機(jī)械地執(zhí)行油氣藏開(kāi)發(fā)的技術(shù)流程，題目中的油氣藏也不可能對(duì)學(xué)習(xí)者做出的決策進(jìn)行響應(yīng)反饋，造成了考核方式簡(jiǎn)單、單向無(wú)反饋，以及油氣藏工程體驗(yàn)感差的工程設(shè)計(jì)方法。

二、一種全浸式油氣藏工程課程設(shè)計(jì)方式

（一）全浸式體驗(yàn)

全浸方法源于游泳教學(xué)，是比較適合初學(xué)者的訓(xùn)練方法。這是因?yàn)槿椒▽?duì)于技術(shù)水平的提高，不是建立在大量的訓(xùn)練上，而是建立在對(duì)于此項(xiàng)活動(dòng)（可以是思想活動(dòng)）的全方位接觸的基礎(chǔ)上。目前，浸入式的教學(xué)方法通常在英語(yǔ)教學(xué)中被討論，通過(guò)讓學(xué)習(xí)者全方位（眼見(jiàn)、耳聽(tīng)、口說(shuō)和手寫）地接觸英文環(huán)境，以快速提高學(xué)習(xí)者的英語(yǔ)語(yǔ)感和水平。然而，全浸式的教學(xué)方法對(duì)于工科教學(xué)的應(yīng)用，目前還未見(jiàn)到成熟且可靠的探索。

對(duì)于油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)而言，全浸式的課程設(shè)計(jì)是將學(xué)習(xí)者所修的所有專業(yè)課程內(nèi)容充分調(diào)動(dòng)起來(lái)，全方面無(wú)死角地在課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用。

（二）油藏黑盒模型

全浸式的油氣藏工程課程設(shè)計(jì)核心是一個(gè)處于黑盒中的高精細(xì)油藏?cái)?shù)值模型（見(jiàn)圖1），這個(gè)模型具有完整的油氣藏的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)（儲(chǔ)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(xué)習(xí)者僅知道油氣藏大致的深度數(shù)據(jù)，而其余的參數(shù)對(duì)于學(xué)習(xí)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(duì)體驗(yàn)者（學(xué)生）都是不可知的，但是模型的參數(shù)可以通過(guò)接受的操作指令進(jìn)行認(rèn)識(shí)。黑盒中可以接受的指令完全根據(jù)現(xiàn)有的油氣藏認(rèn)識(shí)的方法，主要分為取心和生產(chǎn)模擬兩個(gè)指令。其中，取心指令模擬鉆井取心的過(guò)程，可以輸出油藏具體部位的巖石物性數(shù)據(jù)（儲(chǔ)層物性的孔隙度、滲透率和飽和度等數(shù)據(jù)），而模擬生產(chǎn)指令可以模擬不同井型、不同井網(wǎng)、不同注入介質(zhì)，以及不同生產(chǎn)條件下的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)反饋）。另外，取心和模擬生產(chǎn)的指令賦有一定的經(jīng)濟(jì)成本，在開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的過(guò)程中，可以衡量認(rèn)識(shí)油氣藏過(guò)程中的成本。

（三）數(shù)據(jù)運(yùn)行模式

全浸式的油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)運(yùn)行模式主要由數(shù)據(jù)運(yùn)行工作站、數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器和智能便攜終端構(gòu)成（見(jiàn)圖2）。其中，高精細(xì)的油藏黑盒模型儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)運(yùn)行工作站內(nèi)主要進(jìn)行高精度的油藏?cái)?shù)值模擬運(yùn)算，接收數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器提供的操作指令，計(jì)算不同條件下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)和取心參數(shù)，并存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果，將結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器。

圖2 全浸式課程設(shè)計(jì)模型的數(shù)據(jù)運(yùn)行方式

學(xué)習(xí)者在進(jìn)行全浸式油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先由數(shù)據(jù)運(yùn)行工作站生成一個(gè)特定的油氣藏模型。學(xué)習(xí)者在智能便攜終端發(fā)布指令（油氣藏工程開(kāi)發(fā)過(guò)程中的措施），提交指令給數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器將指令傳遞給數(shù)據(jù)運(yùn)行工作站，數(shù)據(jù)運(yùn)行工作站對(duì)提交的指令進(jìn)行響應(yīng)（油藏?cái)?shù)值模擬計(jì)算）并輸出反饋結(jié)果，輸出的結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器反饋給智能便攜終端的學(xué)習(xí)者。

（四）反饋流程

油氣藏開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)是一個(gè)認(rèn)識(shí)油氣藏特征、預(yù)測(cè)油氣藏動(dòng)態(tài)并優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案的過(guò)程，其本身不是一次設(shè)計(jì)就可以完成的，因此需要在不斷地試探過(guò)程（發(fā)布指令，取芯或是生成數(shù)據(jù)，得到油藏的反饋）中認(rèn)識(shí)油氣藏，通過(guò)試探的反饋對(duì)油氣藏的開(kāi)發(fā)方案不斷進(jìn)行調(diào)整。這一過(guò)程的核心即信息反饋，而全浸式的油氣藏課程設(shè)計(jì)可以通過(guò)類似的反饋流程模擬真實(shí)的油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程。

在整個(gè)反饋過(guò)程中，學(xué)習(xí)者發(fā)布操作指令，油藏黑盒根據(jù)發(fā)布的指令開(kāi)始模擬計(jì)算，并反饋出計(jì)算結(jié)果，加深對(duì)油氣藏的認(rèn)識(shí)，然后根據(jù)更新的對(duì)油氣藏的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步發(fā)布新的指令以開(kāi)發(fā)油氣藏，每一步中都會(huì)對(duì)發(fā)布的指令和根據(jù)指令得到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，對(duì)比采收率和盈利指標(biāo)，比較不同開(kāi)發(fā)方案之間的優(yōu)劣。

三、思考與討論

（一）知識(shí)調(diào)動(dòng)更加全面

全浸式油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)方法可以對(duì)學(xué)習(xí)者的知識(shí)調(diào)動(dòng)更加全面，可以讓學(xué)習(xí)者體會(huì)到真實(shí)油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)所學(xué)知識(shí)的靈活應(yīng)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(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)油氣藏，完成“油層物理”課程中的油藏評(píng)價(jià)和油藏開(kāi)發(fā)規(guī)律估算的工作（見(jiàn)圖3）。

圖3 油藏黑盒模型功能

全浸式油氣藏的課程設(shè)計(jì)中對(duì)油氣藏的每一步操作（取心和模擬生產(chǎn)）都賦予了經(jīng)濟(jì)屬性（開(kāi)發(fā)成本），讓學(xué)習(xí)者在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以明確油氣藏開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)屬性，以厘清在不同油價(jià)區(qū)間內(nèi)容的產(chǎn)值最優(yōu)和采收率最優(yōu)的區(qū)別。

（二）全浸式體驗(yàn)更加真實(shí)

全浸式油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)可以給學(xué)習(xí)者帶來(lái)完全不同的體驗(yàn)。在全浸式油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)中，油氣藏的地質(zhì)特征是全黑盒的（對(duì)學(xué)習(xí)者不可見(jiàn)），生產(chǎn)特征是可以進(jìn)行分析的，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有任何確定的題干和題目，學(xué)習(xí)者需要通過(guò)一定虛擬的經(jīng)濟(jì)代價(jià)去鉆井取心或是模擬生產(chǎn)動(dòng)態(tài)以認(rèn)識(shí)油氣藏，并在油氣藏反饋過(guò)程中不斷修正之前對(duì)地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)，這與真實(shí)的油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程基本一致。

結(jié)語(yǔ)

1.目前的油氣藏工程課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的知識(shí)考核較為單一，未能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生所學(xué)的課程知識(shí)儲(chǔ)備，也難以鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和操作能力。學(xué)習(xí)者在完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，機(jī)械地執(zhí)行油氣藏開(kāi)發(fā)的技術(shù)流程，油氣藏也不可能對(duì)學(xué)習(xí)者做出的決策進(jìn)行響應(yīng)，使得學(xué)習(xí)者難以適應(yīng)真實(shí)油氣藏的開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)。

2.油氣藏開(kāi)發(fā)方案的制定是一個(gè)認(rèn)識(shí)、預(yù)測(cè)油氣藏的過(guò)程，其本身就不是一次性可以完成的。研究設(shè)計(jì)了一種全浸式的課程設(shè)計(jì)方案，通過(guò)油藏模型對(duì)試探的反饋，對(duì)油氣藏的開(kāi)發(fā)方案進(jìn)行不斷地調(diào)整，可以更加貼近真實(shí)的油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程。

3.全浸式油氣藏工程的課程設(shè)計(jì)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，只有不斷通向接近真實(shí)答案的路徑，這與油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程完全一致，也有利于學(xué)習(xí)者在今后的工作中可以更快地進(jìn)入油氣藏工程師的角色。