陳冬 張敏 周舟 盧運(yùn)虎

［摘 要］ “鉆井工程”是中國(guó)石油大學(xué)（北京）面向石油工程、海洋油氣工程的本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，是從事石油工程工作必不可少的基礎(chǔ)課程之一。課程旨在向?qū)W生傳授鉆井過(guò)程中所涉及的理論知識(shí)、計(jì)算方法和相關(guān)技術(shù)，課程內(nèi)容共包括：緒論、鉆井工程地質(zhì)條件、鉆機(jī)與鉆具、鉆井液、鉆井參數(shù)優(yōu)化、井眼軌跡與井眼軌跡控制、油氣井壓力控制與欠平衡壓力鉆井、鉆井復(fù)雜事故和鉆井工程方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介九個(gè)章節(jié)，并輔以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，采用新的知識(shí)結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行理論授課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生能夠全面掌握鉆井原理、工藝流程及設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)“鉆井工程”設(shè)計(jì)的能力。

［關(guān)鍵詞］ 鉆井工程；石油工程；知識(shí)體系

［基金項(xiàng)目］ 2020年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）專(zhuān)業(yè)核心課程建設(shè)項(xiàng)目“‘鉆井工程過(guò)程性考核題庫(kù)建設(shè)”（2020-44）；2020年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程項(xiàng)目“《高等鉆井工程（全英文）》過(guò)程性考核云端題庫(kù)建設(shè)”（yjs2020026）

［作者簡(jiǎn)介］ 陳 冬（1981—），男，河北張家口人，博士，中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院副教授，主要從事智能鉆井和石油工程云計(jì)算研究。

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）32-0009-04 ［收稿日期］ 2022-06-21

一、課程簡(jiǎn)介

鉆井是根據(jù)要求在地下鉆出井眼，不僅為地下流體（石油、天然氣、水）物質(zhì)提供流至地面的通道，而且逐漸成為提高油氣采收率的核心手段。隨著深海、深地資源（包括地?zé)帷⑺衔锏刃履茉矗┑拈_(kāi)發(fā)，“鉆井工程”的重要性日益突出。

“鉆井工程”是石油工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課，主要講授鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)、鉆井工程的基本工藝原理及工藝技術(shù)，授課對(duì)象為石油工程、海洋油氣工程的本科生。目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)此課程的高校主要有中國(guó)石油大學(xué)（北京）、中國(guó)石油大學(xué)（華東）、西南石油大學(xué)以及長(zhǎng)江大學(xué)等。眾高校以理論聯(lián)系實(shí)際、實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)等教學(xué)模式，配以不同的教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，使學(xué)生能夠全面掌握鉆井原理、工藝流程及設(shè)計(jì)方法，要求學(xué)生能夠掌握油氣鉆井過(guò)程中的各環(huán)節(jié)，掌握相關(guān)的基本概念和理論，培養(yǎng)學(xué)生鉆井工程設(shè)計(jì)的能力。

二、課程內(nèi)容

（一）教材對(duì)比

目前，國(guó)內(nèi)“鉆井工程”課程的主流教材有陳庭根、管志川主編的《鉆井工程理論與技術(shù)》、陳平等主編的《鉆井與完井工程》和樓一珊等主編的《鉆井工程》等，國(guó)外高校選用的主流教材主要為Robert F. Mitchell主編的Fundamentals of Drilling Engineering。其中，中國(guó)石油大學(xué)（北京）和中國(guó)石油大學(xué)（華東）選用的教材是《鉆井工程理論與技術(shù)》［1］，全書(shū)旨在講述鉆井過(guò)程中的基本理論、基本計(jì)算、基本設(shè)計(jì)和現(xiàn)代主要鉆井技術(shù)的基本工藝過(guò)程的基礎(chǔ)上，推廣行業(yè)內(nèi)的新興技術(shù)與發(fā)展成果；西南石油大學(xué)選用的是陳平主編的《鉆井與完井工程》［2］，全書(shū)系統(tǒng)介紹了石油鉆井與完井工程的基本原理及工藝技術(shù)，不僅注意了鉆完井理論的系統(tǒng)性和成熟性，而且增強(qiáng)了讀者的工程實(shí)踐意識(shí)。長(zhǎng)江大學(xué)選用的是樓一珊等主編的《鉆井工程》［3］，全書(shū)注重工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，在章節(jié)內(nèi)容安排上，融入了鉆井工程的新發(fā)展與科研成果。

（二）知識(shí)體系對(duì)比

中國(guó)石油大學(xué)（北京）“鉆井工程”課程本著循序漸進(jìn)的原則，講述了鉆井全過(guò)程的基本理論與鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)，設(shè)立合理的實(shí)驗(yàn)課程，以實(shí)際操作驗(yàn)證理論的準(zhǔn)確性，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)，包括實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)。知識(shí)體系共包括九個(gè)章節(jié)內(nèi)容（見(jiàn)圖1），以及“鉆井過(guò)程模擬”“巖石可鉆性測(cè)定”“巖石硬度測(cè)定”三個(gè)實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1）。

“鉆井與完井工程”是西南石油大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè)本科生專(zhuān)業(yè)核心課程，本課程前身是石油工程專(zhuān)業(yè)的五門(mén)專(zhuān)業(yè)課，即：“巖石力學(xué)與鉆頭”“固井與完井”“鉆井工藝”“儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)”“泥漿工藝原理”。根據(jù)當(dāng)前石油工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及人才培養(yǎng)方案的要求，在課時(shí)大幅度減少的背景下，課程建設(shè)將這5門(mén)專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行課程改革，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行提取整合，融會(huì)貫通后最終開(kāi)設(shè)了一門(mén)適用于油氣井工程學(xué)科的專(zhuān)業(yè)課“鉆井與完井工程”。課程總學(xué)時(shí)為80學(xué)時(shí)，其中課堂教學(xué)74學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)6學(xué)時(shí)。課程知識(shí)體系包括九個(gè)章節(jié)［4］，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容共有三項(xiàng)：“水基鉆井液配制及常規(guī)性能測(cè)定”“井控模擬演示”“水泥漿常規(guī)性能測(cè)試”（見(jiàn)表2）。

長(zhǎng)江大學(xué)的“鉆井工程”課程側(cè)重于學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，學(xué)生學(xué)完本課程后，應(yīng)達(dá)到熟練掌握“鉆井工程”的基本概念、理論和方法的水平。學(xué)校在保持課程內(nèi)容的先進(jìn)性的基礎(chǔ)上，從將在鉆井現(xiàn)場(chǎng)已被廣泛重視和應(yīng)用的新技術(shù)和科技成果引入課堂、將所從事的科研項(xiàng)目中涉及相關(guān)課程內(nèi)容的部分適當(dāng)引入課堂和搜集材料完善課本中缺失的部分知識(shí)三個(gè)方面來(lái)不斷完善教學(xué)內(nèi)容［5］。課程總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，包括6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程，知識(shí)體系包括十二個(gè)章節(jié)的理論課程和“巖石破碎力學(xué)”“水泥漿性能”“巖石可鉆性”三個(gè)實(shí)驗(yàn)課程（見(jiàn)表3）。

Fundamentals of Drilling Engineering作為一本通用教材，以深入淺出的表達(dá)形式和平衡合理的知識(shí)體系廣泛應(yīng)用于入門(mén)級(jí)學(xué)習(xí)、中級(jí)學(xué)習(xí)和研究生學(xué)習(xí)中。全書(shū)共設(shè)有：旋轉(zhuǎn)鉆井簡(jiǎn)介、鉆井地質(zhì)力學(xué)導(dǎo)論、鉆井液、固井、鉆井水力學(xué)、旋轉(zhuǎn)鉆頭、套管柱設(shè)計(jì)、定向鉆進(jìn)、鉆柱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和鉆井復(fù)雜情況十個(gè)章節(jié)（見(jiàn)圖2），內(nèi)容涉及工程、地質(zhì)、化學(xué)、物理等領(lǐng)域，補(bǔ)充修訂了具有里程碑意義的第一本鉆井工程教材Applied Drilling Engineering中落后缺失的知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)介紹，滿(mǎn)足了現(xiàn)階段的教育教學(xué)需要。

（三）異同點(diǎn)分析

國(guó)內(nèi)各高校“鉆井工程”課程的授課內(nèi)容大同小異，重點(diǎn)講解鉆井全過(guò)程的理論體系及其推導(dǎo)過(guò)程。其中，中國(guó)石油大學(xué)（北京）側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的吸收能力和對(duì)鉆井工程問(wèn)題的理解分析及處理能力；西南石油大學(xué)側(cè)重理論與實(shí)際相結(jié)合，配合雙語(yǔ)教學(xué)，培養(yǎng)國(guó)際化的應(yīng)用型人才，在授課內(nèi)容中，設(shè)置了環(huán)境保護(hù)部分，符合當(dāng)前社會(huì)綠色發(fā)展理念，踐行了中國(guó)能源環(huán)境的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略；長(zhǎng)江大學(xué)側(cè)重于學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，綜合培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題時(shí)的分析能力和解決實(shí)際問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)能力。

國(guó)外高校所選用的主流教材Fundamentals of Drilling Engineering側(cè)重于對(duì)“鉆井工程”基礎(chǔ)知識(shí)的普及，主編在保留原有教材知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，綜合考慮“如何有效和正確地使用新型計(jì)算機(jī)軟件程序”這一問(wèn)題，特別是考慮到未來(lái)十年內(nèi)預(yù)計(jì)會(huì)有大量的人員流動(dòng)這一情況，在Fundamentals of Drilling Engineering的章節(jié)內(nèi)容中加入了鉆井技術(shù)發(fā)展的新成果和新形勢(shì)。

三、考核方式

中國(guó)石油大學(xué)（北京）課程考核成績(jī)包括平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)兩部分，滿(mǎn)分100分，其中平時(shí)成績(jī)占30%，期末考試成績(jī)占70%。平時(shí)成績(jī)考核方式為作業(yè)或課堂提問(wèn)，題目為涉及巖石力學(xué)性質(zhì)、鉆柱受力分析、水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和軌跡計(jì)算方面的計(jì)算題。期末考試為閉卷考試，題目類(lèi)型有選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題或分析計(jì)算題，考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，對(duì)鉆井過(guò)程中的各種問(wèn)題的理解、分析能力。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外各石油高校的教材內(nèi)容以及學(xué)時(shí)安排，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程對(duì)比和考核方式四個(gè)方面，比較系統(tǒng)地總結(jié)了中國(guó)石油大學(xué)（北京）“鉆井工程”的知識(shí)體系。國(guó)外一些石油類(lèi)高校在此專(zhuān)業(yè)課中一直采用案例教學(xué)，尤其以頁(yè)巖氣井教學(xué)案例為主，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，應(yīng)用效果較好［6］。高校應(yīng)將“鉆井案例分析”環(huán)節(jié)納入教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與事故的認(rèn)識(shí)和處理能力。中國(guó)石油大學(xué)（北京）“鉆井工程”通過(guò)理論授課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合、過(guò)程性考核等措施，以培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才為目標(biāo)，確保學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、綜合素質(zhì)高，為學(xué)校“雙一流”建設(shè)提供良好的教學(xué)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術(shù)［M］.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2017：2-5.

［2］陳平.鉆井與完井工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011：2-7.

［3］樓一珊，李琪.鉆井工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2013：2-6.

［4］曾德智，付建紅，施太和，等.《鉆井與完井工程》精品課程建設(shè)與探索：以西南石油大學(xué)為例［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2018，20（5）：69-75.

［5］李忠慧，樓一珊，熊青山，等.石油工程專(zhuān)業(yè)“卓越工程師班”《鉆井工程》課程教學(xué)方法探討［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，33（14）：200-202.

［6］李岳祥，王勇，楊昭，等.應(yīng)用型民辦本科院校鉆井工程課程改革探索［J］.黑龍江教育（理論與實(shí)踐），2019（5）：60-61.

Analysis of the Knowledge System of Drilling Engineering Course in Colleges and Universities at Home and Abroad

CHEN Dong， ZHANG Min， ZHOU Zhou， LU Yun-hu

（School of Petroleum Engineering， China University of Petroleum（Beijing）， Beijing 102249， China）

Abstract： Drilling Engineering is a required course for undergraduates of China University of Petroleum （Beijing） in petroleum engineering and offshore oil and gas engineering， and it is one of the essential basic courses engaged in petroleum engineering work. This course aims to teach students the theoretical knowledge， calculation methods and related techniques involved in the drilling process， including： introduction， Drilling Engineering geology， drilling rig， drilling fluid， drilling parameter optimization， drilling track and bore track control， well pressure control and underbalance pressure drilling， drilling accidents and Drilling Engineering design， and experimental teaching with new knowledge structure patterns which enables students to fully master drilling principles， process and design methods and develop Drilling Engineering design ability.

Key words： Drilling Engineering; petroleum engineering; knowledge system