一體化油田化學(xué)特色實驗平臺搭建及實施效果

黃維安，王業(yè)飛，呂開河，劉德新，徐加放，曹 杰，任 熵

（中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

隨著經(jīng)濟(jì)全球化、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、高等教育大眾化的發(fā)展以及就業(yè)方式的變革，高等教育理念的內(nèi)涵和外延均在不斷地豐富和發(fā)展，并且在石油工程專業(yè)大學(xué)生的培養(yǎng)中賦予了特殊的含義［1－5］，“以學(xué)生為本，創(chuàng)新能力、工程實踐能力培養(yǎng)，素質(zhì)提高、協(xié)調(diào)發(fā)展”的教育理念始終體現(xiàn)在石油工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中［6］。油田化學(xué)為化學(xué)與油氣田勘探開發(fā)技術(shù)結(jié)合的研究方向，涉及無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、膠體與表面化學(xué)等化學(xué)知識和地質(zhì)、鉆井、采油、滲流力學(xué)等專業(yè)或?qū)W科，油田化學(xué)方向課程體系對于石油工程專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)完善，創(chuàng)新能力、工程實踐能力培養(yǎng)具有極重要作用。在多年的油田化學(xué)方向?qū)嶒灲虒W(xué)中，逐步形成了“以創(chuàng)新能力、工程實踐能力培養(yǎng)為核心”的實驗教學(xué)觀念［7］，以此觀念為指導(dǎo)，通過多年努力，搭建了教學(xué)、科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺，并在石油工程專業(yè)大學(xué)生、研究生培養(yǎng)，師資隊伍建設(shè)、學(xué)科建設(shè)等方面發(fā)揮了積極作用，取得了顯著效果。

1 搭建油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺的背景及出發(fā)點

1.1 油田化學(xué)實驗教學(xué)存在的主要問題

油田化學(xué)方向主要承擔(dān)的實驗教學(xué)任務(wù)有省級精品課“油田化學(xué)”以及“化學(xué)原理Ⅱ”、“鉆井液工藝原理”的實驗教學(xué)，以前受教育理念和實驗條件限制，開設(shè)的實驗項目主要以驗證性實驗為主，偏向于化學(xué)學(xué)科，與石油工程勘探開發(fā)技術(shù)新進(jìn)展結(jié)合不緊密，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。例如，“油田化學(xué)”課程開設(shè)的實驗項目主要有：

（1）常用API儀器的使用；

（2）六速旋轉(zhuǎn)粘度計測泥漿的流變曲線；

（3）鈣侵及處理；

（4）固相含量的測定；

（5）膨潤土含量的測定；

（6）堿在原油乳化中的作用；

（7）堵水劑的制備與性質(zhì)；

（8）金屬的緩蝕；

（9）絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用。

其中，常用API儀器的使用、六速旋轉(zhuǎn)粘度計測泥漿的流變曲線、鈣侵及處理、固相含量的測定和膨潤土含量的測定主要為驗證性實驗，金屬的緩蝕與大學(xué)化學(xué)實驗有交叉，堿在原油乳化中的作用、堵水劑的制備與性質(zhì)、絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用與油田三次采油及油田污水處理技術(shù)有一定結(jié)合，但主要是定性的檢驗性實驗，與學(xué)生將來從事的油田化學(xué)領(lǐng)域生產(chǎn)和研究工作相差較遠(yuǎn)。“化學(xué)原理Ⅱ”和“鉆井液工藝原理”課程也存在類似的問題。因此，有必要開展油田化學(xué)方向?qū)嶒灲虒W(xué)改革，以實驗項目更新為出發(fā)點，以建設(shè)實驗平臺為保障，以實驗開出率為落腳點，以提高學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力為最終目標(biāo)。然而，每一項新實驗項目的推出，需要編制實驗講義、培訓(xùn)實驗教師、制定實驗規(guī)程，更重要的是需要購置實驗裝置、搭建實驗平臺。特別是，具有創(chuàng)新性、設(shè)計性、綜合性的三性實驗項目，涉及的實驗儀器往往是高精尖或綜合模擬實驗裝置，實驗中心或?qū)W?；窘虒W(xué)投入均不能滿足購置儀器所需的經(jīng)費。

另一方面，油田化學(xué)方向的生產(chǎn)實習(xí)與實踐目前主要融合在鉆井、采油、油藏3個方向中，有時流于形式，存在“走馬觀花”現(xiàn)象，該方向?qū)嵙?xí)效果不理想；畢業(yè)設(shè)計存在“閉門造車”或者簡單拼湊模仿，創(chuàng)新性不足。

1.2 改革油田化學(xué)實驗教學(xué)的主要措施

油田化學(xué)方向研究生導(dǎo)師反映，招收的新一屆研究生進(jìn)入實驗室后的適應(yīng)較慢，對實驗方案的理解、對實驗儀器的正確操作、對實驗現(xiàn)象的敏銳程度、對實驗數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性幾方面均需要進(jìn)一步培養(yǎng)才能承擔(dān)部分實驗研究任務(wù)，認(rèn)為學(xué)生在大學(xué)階段的實驗技能、創(chuàng)新能力和工程實踐能力需要加強(qiáng)。而且，科研實驗室儀器的使用依據(jù)不同研究課題，使用率參差不齊，使用時間具有機(jī)動性，有的儀器甚至利用率偏低。

鑒于以上3個方面的因素，我們提出并制定了教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺搭建的措施，其出發(fā)點主要如下：

（1）增加創(chuàng)新性、設(shè)計性、綜合性實驗項目，增強(qiáng)本科生創(chuàng)新能力、工程實踐能力培養(yǎng)；

（2）為開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃提供平臺，鼓勵本科生積極參與課外科技創(chuàng)新活動；

（3）提供必要的實驗操作技能、專業(yè)技能和專業(yè)實訓(xùn)，夯實基礎(chǔ)，提高就業(yè)競爭力；

（4）為教師科研工作提供聯(lián)合實驗平臺，提升實驗手段，特別是為青年教師的科研啟動提供輔助；

（5）整合教學(xué)科研資源，節(jié)約教學(xué)投入，提高科研實驗室儀器利用率。

2 油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺的搭建

基于“以學(xué)生為中心，以創(chuàng)新能力、工程實踐能力培養(yǎng)為核心”的實驗實踐教學(xué)理念，結(jié)合我國高?，F(xiàn)狀的分析和國外教學(xué)成果經(jīng)驗的研究，針對石油工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要，提出搭建油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺，并針對創(chuàng)新實驗平臺各層次功能，搭建多元化實驗實踐平臺，主要包含以下3個層次。

2.1 本科生“四性”教學(xué)創(chuàng)新實驗平臺

首先，為滿足油田化學(xué)方向課程實驗實踐教學(xué)需要，搭建第一層次創(chuàng)新實驗平臺。通過搭建本科生“四性”教學(xué)創(chuàng)新實驗平臺，既保證理論教學(xué)驗證性實驗開設(shè)，又滿足創(chuàng)新性、設(shè)計性、綜合性的實驗需要。主要立足于實驗室現(xiàn)有場所、實驗儀器、器皿和藥品的條件，通過學(xué)生、實驗教師和理論教學(xué)教師群策群力對實驗項目進(jìn)行改進(jìn)，對實驗儀器進(jìn)行組合、完善。例如，王增寶老師通過理論分析各種試劑的溶解性隨溫度、壓力、濃度的變化關(guān)系和大量復(fù)配實驗，實現(xiàn)了液－液三組分相圖實驗的綠色化。

2.2 本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練創(chuàng)新實驗平臺

每一項本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃均有課外指導(dǎo)教師或?qū)嶒灲虒W(xué)教師指導(dǎo)。為滿足油田化學(xué)方向本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練需要，搭建第二層次創(chuàng)新實驗平臺，主要滿足各種級別、類型本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練需要。這個層次的油田化學(xué)創(chuàng)新實驗平臺主要通過將教學(xué)實驗室平臺與部分科研實驗平臺結(jié)合的方式搭建起來。教學(xué)實驗室平臺為本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練提供部分實施場所，并用于簡單、基礎(chǔ)性測試；科研實驗平臺為本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練提供樣品合成、制備條件，高精尖儀器設(shè)備和模擬裝置，用于化學(xué)劑、工作液的表征、評價和機(jī)理分析。例如，通過引入工作液驅(qū)替可視化模擬裝置（見圖1和圖2），大大提升了學(xué)生對工作液軀替過程的了解和作用機(jī)理的認(rèn)識。

圖1 工作液驅(qū)替可視化模擬裝置

圖2 工作液驅(qū)替可視化模型

2.3 研究生實訓(xùn)與研究創(chuàng)新實驗平臺

隨著全日制專業(yè)碩士研究生招生規(guī)模的擴(kuò)大，對他們校內(nèi)實訓(xùn)的規(guī)范化成為目前研究生培養(yǎng)中的重大難題之一，特別是油田化學(xué)方向涉及實驗研究或驗證，實訓(xùn)場所、實驗儀器購置經(jīng)費等均很難及時落實。為滿足全日制專業(yè)碩士研究生校內(nèi)實訓(xùn)需要，我們創(chuàng)造性搭建了教學(xué)科研一體化研究生實訓(xùn)與研究創(chuàng)新實驗平臺，以科研實驗室為主、教學(xué)實驗室為輔。例如，通過引入鉆井液完井液研究室的鉆井液循環(huán)及淺層井壁穩(wěn)定模擬實驗裝置（見圖3），有效支持了2012級石油與天然氣工程專業(yè)全日制專業(yè)碩士研究生鉆井液優(yōu)化設(shè)計校內(nèi)實訓(xùn)，碩士生對鉆井液循環(huán)流程、井下環(huán)境下的井壁穩(wěn)定評價方法有了充分了解，并參與實驗操作。通過引入調(diào)剖堵水綜合模擬實驗裝置（見圖4），碩士生對調(diào)剖封堵過程、調(diào)剖機(jī)理，工作液滲流路徑以及油井堵水原理有了充分認(rèn)識，并掌握了該設(shè)備的操作流程。

圖3 鉆井液循環(huán)及淺層井壁穩(wěn)定模擬實驗裝置

圖4 調(diào)剖堵水綜合模擬實驗裝置

2.4 科學(xué)研究創(chuàng)新實驗平臺

由于油田化學(xué)為化學(xué)與石油工程的結(jié)合，涉及多個學(xué)科，面臨的油田化學(xué)問題眾多，目前構(gòu)筑團(tuán)結(jié)協(xié)作的大型科研團(tuán)隊的工作正在實施中，還是以單兵團(tuán)作戰(zhàn)的局面為主，然而科研中需要用到的實驗手段較多，“單兵團(tuán)”很難建立完備的實驗平臺。為此，油田化學(xué)方向?qū)⒖蒲袌F(tuán)隊之間實驗條件、設(shè)備資源進(jìn)行整合與共享，搭建了科學(xué)研究創(chuàng)新實驗平臺。各研究團(tuán)隊之間可以相互共享高精尖儀器和能進(jìn)行現(xiàn)場工況條件下實驗的各種模擬設(shè)備（見圖5），大大改善了油田化學(xué)方向科研實驗條件，提升了科研項目完成能力和獲取高級項目的支持率，提高了整體科研水平。

圖5 油田化學(xué)特色科學(xué)研究創(chuàng)新實驗平臺儀器

3 油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺的運行機(jī)制

管理，是一切組織正常發(fā)揮作用的前提，任何一個有組織的集體活動，不論其性質(zhì)如何，都只有在管理者對它加以管理的條件下，才能按照所要求的方向進(jìn)行［8－12］。管理在創(chuàng)新平臺的搭建和發(fā)展過程中，具有同樣重要的地位和作用。然而，現(xiàn)階段的油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺與國家倡導(dǎo)的實體化高校的創(chuàng)新平臺有所區(qū)別，目前主要實現(xiàn)了科研對教學(xué)的輔助、補(bǔ)充，科研團(tuán)隊之間實驗條件、設(shè)備資源的共享，教學(xué)對科研的積極作用主要體現(xiàn)在對油田化學(xué)方向碩士、博士研究生的生源質(zhì)量的提高，對教師、特別是青年教師研究思路的拓展。油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺的搭建模式?jīng)Q定了其特殊的運行機(jī)制，目前為保證該平臺良性運行，在油田化學(xué)方向教學(xué)科研中發(fā)揮積極作用，主要制定了以下措施：

（1）創(chuàng)新實驗平臺運行基本保障措施。由油田化學(xué)系主管科研、人事的主任牽頭，系里各研究團(tuán)隊一起簽訂實驗儀器共享協(xié)議，通過加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)和發(fā)揮大家的協(xié)作精神，確保創(chuàng)新實驗平臺高質(zhì)量搭建起來。

（2）創(chuàng)新實驗平臺公平運行措施?？蒲袑嶒炇覍虒W(xué)的輔助作用主要為義務(wù)性行為，教師參與指導(dǎo)實驗教學(xué)或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目指導(dǎo)的，部分貢獻(xiàn)可以體現(xiàn)在實踐環(huán)節(jié)教學(xué)工作量中；各研究團(tuán)隊之間的儀器共享公平性主要用內(nèi)部測試計費來體現(xiàn)和衡量。

（3）創(chuàng)新實驗平臺日常運行保障措施。創(chuàng)新實驗平臺內(nèi)的教學(xué)實驗條件主要由實驗中心教師維護(hù)，參與共享的科研實驗條件由各研究團(tuán)隊自行維護(hù)；各研究團(tuán)隊之間的協(xié)作主要遵行簽訂的協(xié)議，異議由主管系主任協(xié)調(diào)，或提交系教職工會議協(xié)商。

4 實施效果

針對油田化學(xué)方向教學(xué)、科研的特殊性，為滿足石油工程專業(yè)本科生、研究生創(chuàng)新能力、工程實踐能力培養(yǎng)以及科學(xué)研究、師資隊伍建設(shè)需要，我們創(chuàng)造性提出并實施了“教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺的搭建”，經(jīng)過多年的運作和完善，在教學(xué)、科研、師資隊伍建設(shè)、學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮了積極作用。其效果可以歸納為以下幾個方面。

4.1 本科實驗實踐教學(xué)方面

通過實施改革，搭建教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺，促進(jìn)并保障了本科實驗實踐環(huán)節(jié)教學(xué)工作：

（1）油田化學(xué)方向目前實驗項目中，創(chuàng)新性、設(shè)計性、綜合性實驗占到90%，并且開出率100%，有力保障了石油工程卓越班創(chuàng)新模塊課程的開設(shè)。

（2）油田化學(xué)方向承擔(dān)了我校大量大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，特別是國家級和校級計劃，2013年油田化學(xué)方向承擔(dān)了石油工程學(xué)院一半的國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃。學(xué)生王東英負(fù)責(zé)的“非均質(zhì)油藏井網(wǎng)注采參數(shù)優(yōu)化的可視化模擬驅(qū)替實驗”獲2013年中國本科生創(chuàng)新性實驗競賽優(yōu)秀成果二等獎。

4.2 研究生實訓(xùn)與研究方面

（1）通過搭建教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺，在新增油田化學(xué)方向校內(nèi)實訓(xùn)模塊的第一年，就順利完成了2012級全日制石油與天然氣工程專業(yè)碩士生校內(nèi)實訓(xùn)。

（2）教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺促進(jìn)了油田化學(xué)方向研究生高水平科研論文的發(fā)表，統(tǒng)計表明，近年來油田化學(xué)方向研究生發(fā)表的高影響因子SCI論文位于全院、乃至全校前茅，油田化學(xué)方向研究生每年都能獲得校、院優(yōu)秀論文獎。

4.3 師資隊伍建設(shè)與學(xué)科建設(shè)方面

依托教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺，油田化學(xué)方向近年在師資隊伍建設(shè)與學(xué)科建設(shè)方面取得較顯著成績：近5年油田化學(xué)方向獲得國家科技進(jìn)步二等獎2項，省部級一等獎6項，1人獲得中國青年科技發(fā)明獎，2人獲山東省有突出貢獻(xiàn)中青年專家，1人入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃；來我系工作的青年教師，均在3年內(nèi)獲得國家自然科學(xué)基金支持；油田化學(xué)方向教師為我校僅有的2個教育部創(chuàng)新團(tuán)隊“海洋油氣井鉆完井理論與工程”和“復(fù)雜油藏開發(fā)和提高采收率的理論與技術(shù)”團(tuán)隊的骨干成員。

5 結(jié)束語

實踐表明，搭建的“教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺”，在石油工程專業(yè)本科生、研究生的創(chuàng)新能力、工程實踐能力培養(yǎng)方面，油田化學(xué)方向師資隊伍建設(shè)，油氣井工程學(xué)科及油氣田開發(fā)工程學(xué)科建設(shè)方面，均發(fā)揮了積極作用。提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識、團(tuán)隊協(xié)作精神、自主學(xué)習(xí)能力、實踐動手能力、創(chuàng)新能力，提升了油田化學(xué)方向教職工的科研水平，促進(jìn)了師資隊伍建設(shè)和油氣井工程學(xué)科、油氣田開發(fā)工程學(xué)科發(fā)展。我們將進(jìn)一步穩(wěn)定、完善油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺。但同時，教學(xué)科研一體化油田化學(xué)特色創(chuàng)新實驗平臺運行中也暴露出儀器使用沖突、科研與教學(xué)未能協(xié)同發(fā)展、管理不夠?qū)I(yè)化和制度化等一些問題［13－14］，有的問題是平臺搭建形式?jīng)Q定的。為此，我們呼吁建設(shè)更高層次的創(chuàng)新實驗平臺，并加強(qiáng)創(chuàng)新實驗平臺的規(guī)?；?、實體化、獨立化以及管理的規(guī)范化工作，在大學(xué)生培養(yǎng)、師資隊伍建設(shè)、學(xué)科建設(shè)以至學(xué)校發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

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