《鉆井工程》課程教學(xué)改革探索

王艷麗

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

《鉆井工程》課程教學(xué)改革探索

王艷麗

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

《鉆井工程》課程涵蓋內(nèi)容范圍廣,理論性強(qiáng),與現(xiàn)場實際結(jié)合緊密,知識更新快。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)課程特點和目前教學(xué)過程中存在的問題,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)化解決問題的思路;利用真實情景教學(xué),增強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)容的直觀性;及時更新教學(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;工程實踐

《鉆井工程》是石油工程類專業(yè)一門非常重要的必修課,主要講述鉆井工程中涉及到的基本理論、基本計算、基本設(shè)計和現(xiàn)代鉆井技術(shù)的基本工藝過程。既是重要的基礎(chǔ)理論課程,又是一門實踐性非常強(qiáng)的課程[1]77,強(qiáng)調(diào)理論與實踐的統(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)合課程特點進(jìn)行改革。

一、《鉆井工程》的課程特點

(一)涉及學(xué)科多,理論性強(qiáng)

《鉆井工程》是一門綜合性學(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、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)帶來很大困難。再加上內(nèi)容中因涉及到基本計算而出現(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)場實際結(jié)合緊密

《鉆井工程》作為一門“工程”類的課程,很多知識非常抽象,與現(xiàn)場實際結(jié)合非常緊密[5],如果單純講授,沒有現(xiàn)場的實踐,學(xué)生接受起來會非常困難。

(三)知識更新速度快

隨著技術(shù)的發(fā)展,鉆井作為石油勘探開發(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)容卻不能做到及時更新,致使學(xué)生無法通過教材學(xué)習(xí)最新的設(shè)備工具和工藝技術(shù),勢必對深造和就業(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,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)生直接實踐和及時做出反饋的機(jī)會,容易使學(xué)生處于被動等待的地位,如果課堂上無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,就會造成“滿堂灌”的情況,整個課堂會枯燥無味。但講授法有利于發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,能夠在短時間內(nèi)向?qū)W生大量傳授系統(tǒng)連貫的知識,對教學(xué)進(jìn)程的調(diào)控方便,而且能完成傳授知識、培養(yǎng)能力、思想教育三項職能,因此,是一種必要的教學(xué)方法。

要提高教學(xué)效果,運用講授法進(jìn)行《鉆井工程》課程教學(xué)時,必須吸引學(xué)生的注意,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可以通過語調(diào)的變化、舉例、提問等方式引起學(xué)生注意。如在講授井噴事故時,可以采用案例教學(xué)法,先用“重慶開縣12.23特大井噴事故”引出課題,簡述事故的情況,為后面講解井噴的危害做一個鋪墊。由于井噴事故發(fā)生的原因是該課題的重點,因此,在講述完發(fā)生原因之后,可再回到“重慶開縣12.23特大井噴事故”這個例子,借助實例來驗證所學(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,教師可以運用比喻教學(xué)法,巧用生活中的實例,達(dá)到讓學(xué)生更好地認(rèn)識新事物的目的。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是非常抽象的知識點,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,移軸引起軸向上的滑動,學(xué)生難以理解,如果改為用石碾做比方,通過對石碾工作過程的展示,學(xué)生就很容易理解切向滑動和軸向滑動了,而且學(xué)生印象深刻。另外,講授鉆柱的疲勞破壞時,可以將井下的鉆柱比喻成鐵絲,在固定點反復(fù)彎曲,鐵絲就會斷裂。通過比喻,學(xué)生對于鉆柱的疲勞損壞就很容易理解[5]。

輔以圖片、視頻、動畫等材料的講授法,能使枯燥的內(nèi)容變得有趣生動,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)運用自學(xué)法,加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。對于自學(xué)的內(nèi)容,教師可通過提問的方式或者讓學(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)問題的內(nèi)容、課程中的難點再講解一遍,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,如地層壓力計算公式,非常簡單,而且與要求掌握的基本概念相符,整個課程講述過程中都會用到;另一類是應(yīng)用型的公式,如循環(huán)壓耗的計算,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),用到時能找到公式應(yīng)用即可,也就是對于應(yīng)用型公式要弱化。如機(jī)械破巖參數(shù)優(yōu)化設(shè)計、水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計等,應(yīng)該弱化公式,重點強(qiáng)調(diào)解決此類問題的思路:首先確定標(biāo)準(zhǔn),建立目標(biāo)函數(shù),然后運用數(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,最后滿足極值點條件的參數(shù)組合即為最優(yōu)參數(shù)。再如,水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,目前有三個標(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)計過程,對于最大射流沖擊力標(biāo)準(zhǔn)的水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計只講解思路,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。通過習(xí)題的練習(xí),學(xué)生對于解決參數(shù)優(yōu)化設(shè)計問題思路更加明確。這種解決問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)生分析問題、解決問題的能力。

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

《鉆井工程》的特點之一就是與現(xiàn)場實際結(jié)合非常緊密,因此,在教學(xué)過程中與現(xiàn)場的結(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,可以到現(xiàn)場參觀井場的布置,對照著現(xiàn)場實物,給學(xué)生講解循環(huán)流程,從鉆井泵出來后,鉆井液經(jīng)過地面高壓管線,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)入下一個循環(huán)。學(xué)生在現(xiàn)場可以很清楚地看到整個流程,而且對于其中涉及到的設(shè)備會有直觀的認(rèn)識。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)過程中能看到這些實物,并且能夠拆卸和組裝,對于這些工具的結(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)場安全性的要求,去現(xiàn)場實習(xí)存在很多變數(shù),每年的現(xiàn)場實習(xí)無法保證,可以建立相應(yīng)的實訓(xùn)室,利用仿真模擬,實現(xiàn)現(xiàn)場的教學(xué)。另外,可以購買鉆井工程的一些教學(xué)模具,如牙輪鉆頭、PDC鉆頭、井下動力鉆具等,在上課的過程中使用,使學(xué)生直觀地認(rèn)識這些工具的結(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,教材中的一些知識跟不上技術(shù)的發(fā)展,這就需要教師根據(jù)現(xiàn)場實際情況,不斷充實、整合教學(xué)內(nèi)容[7],如教材中對頂部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鉆井幾乎沒有涉及,但頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)是當(dāng)今石油鉆井的前沿技術(shù)與裝備,符合21世紀(jì)鉆井自動化的歷史潮流,是鉆井機(jī)械的發(fā)展趨勢,現(xiàn)在我國赴國外打井的隊伍,如果沒有安裝該系統(tǒng)將不允許在投標(biāo)競爭中中標(biāo),可見頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)已經(jīng)到了非用不可的地步。再如膨脹管技術(shù),是近年來發(fā)展起來的一項實用鉆井新技術(shù),是勘探開發(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,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,難以滿足開采及后續(xù)修井、增產(chǎn)等作業(yè)的要求,甚至無法鉆達(dá)目的層。膨脹管在井下通過機(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題,縮短建井周期,降低鉆井成本。因此,在教學(xué)過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,豐富學(xué)生的視野,擴(kuò)大其專業(yè)知識面,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級石油工程專業(yè)學(xué)生的《鉆井工程》時,筆者主要采用的是講授法,沒有鉆井現(xiàn)場教學(xué),對于鉆井實際的情況只能通過圖片、視頻等資料進(jìn)行補充,學(xué)生反映該課程太難,不易理解,效果不是很理想。在給2012級和2013級學(xué)生上課過程中,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;同時鉆井生產(chǎn)實習(xí)正好與《鉆井工程》課程教學(xué)同步進(jìn)行,學(xué)生到現(xiàn)場看到了整個鉆井所用的設(shè)備,對井場的布置、現(xiàn)場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。通過對比2011級和2012級、2013級的教學(xué)情況,結(jié)合課程特點進(jìn)行的教學(xué)改革,使得學(xué)生對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

《鉆井工程》是石油工程專業(yè)的三大專業(yè)課之一,是一門綜合性學(xué)科,涉及巖石力學(xué)、管柱力學(xué)、鉆井液等領(lǐng)域。《鉆井工程》課程的教學(xué)只有綜合利用多種教學(xué)手段,靈活運用多種教學(xué)方法,并結(jié)合現(xiàn)場工程實際問題,不斷補充完善教學(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)實踐[J].石油教育,2008(1): 77-78.

[2] 楊浩.論勘查技術(shù)與工程專業(yè)鉆井工程教學(xué)[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版),2011(2):82-83.

[3] 李忠慧,樓一珊,朱亮.提高《鉆井工程》課程教學(xué)質(zhì)量淺議[J].長江大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2010,7(1):336-337.

[4] 雷宗明,李文華.鉆井技術(shù)專業(yè)產(chǎn)學(xué)結(jié)合教改的研究與實踐[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2000,2(2):41-42.

[5] 王存喜.職業(yè)院校《鉆井工程》課程教學(xué)研究[J].教學(xué)研究, 2010(1):59-60.

[6] 李方.研究性學(xué)習(xí)在石油工程《鉆井液完井液》教學(xué)中的應(yīng)用思考[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2013,12(2):41-42.

[7] 楊波.鉆井與完井工程課程教學(xué)改革探討[J].教改創(chuàng)新,2012 (1):43-44.

[責(zé)任編輯]徐月欣

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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。