結(jié)合“試井分析”實現(xiàn)“數(shù)值分析”案例式教學(xué)改革

陳巖　張濤

摘 要 “數(shù)值分析”和“試井分析”是油氣田開發(fā)專業(yè)的重要專業(yè)課。本文基于“試井分析”課程內(nèi)容和課程特點，抓住油氣田開發(fā)專業(yè)的特點和重點，采用理論結(jié)合實際油田生產(chǎn)科研問題方式，將“試井分析”有機的引入到“數(shù)值分析”課程的教學(xué)中，據(jù)此探討“數(shù)值分析”課程案例式創(chuàng)新性教學(xué)改革，加強學(xué)科之間的交融，提高學(xué)生解決實際油田問題的能力。

關(guān)鍵詞 試井分析 數(shù)值分析 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.09.045

Combination of “Well Test Analysis” to Realize the Case Teaching

Reform of “Numerical Analysis”

CHEN Yan， ZHANG Tao

（School of Information and Mathematics， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract “Numerical analysis” and “well test analysis” are important specialized courses in oil and gas field development. This paper is based on "test analysis" course content and course characteristics， grasp the characteristics and key professional development of oil and gas fields， by combining the theory with the actual oil production problems， the “well test analysis” is introduced to the organic “numerical analysis"teaching， to explore the “numerical analysis” curriculum innovation case teaching reform accordingly. Strengthen the integration between disciplines， improve the students' ability to solve practical problems in oil field.

Keywords well test analysis； data analysis； teaching reform

“十三五”時期，世界科技創(chuàng)新呈現(xiàn)新趨勢，國內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展進入新常態(tài)。全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓄勢待發(fā)?？茖W(xué)技術(shù)從微觀到宏觀各個尺度向縱深演進，學(xué)科多點突破、交叉融合趨勢日益明顯。在國家“十三五”倡導(dǎo)科技創(chuàng)新的背景下，提高教育質(zhì)量作為“十三五”的一個重要的主題提出來了，旨在提高當代大學(xué)生和研究生的人文素質(zhì)和技術(shù)素質(zhì)，以適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展的新常態(tài)。數(shù)值分析[1]在計算型學(xué)科體系中占據(jù)著特殊地位，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響其專業(yè)課學(xué)習的深度，亦影響學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

“試井分析”課程[2]是油氣田開發(fā)專業(yè)基礎(chǔ)課之一， 是培養(yǎng)高水平試井解釋人才的重要專業(yè)理論課程，其課程教學(xué)質(zhì)量對培養(yǎng)高品質(zhì)油氣田開發(fā)人才至關(guān)重要。該課程較為全面系統(tǒng)的闡述了單相流及多相流條件下油井、氣井的穩(wěn)定及不穩(wěn)定試井分析基本理論與方法，主要包括油井、氣井及油氣兩相流井產(chǎn)能試井分析方法等內(nèi)容，該課程里面涉及很多數(shù)值分析的教學(xué)內(nèi)容，如何與數(shù)值分析的教學(xué)相結(jié)合就顯得非常重要，這也是培養(yǎng)高質(zhì)量試井解釋人才的重中之重。

本文針對數(shù)值分析教學(xué)目標，結(jié)合油氣田開發(fā)專業(yè)特點，通過“試井分析”課程中的基本內(nèi)容低滲壓敏均質(zhì)油藏試井解釋模型作為案例，講解在數(shù)值分析的教學(xué)中如何滲透專業(yè)背景知識，使得數(shù)值分析易于被油氣田開發(fā)學(xué)生吸收，有利于“數(shù)值分析”與“試井分析”知識的交叉融匯，也作為高質(zhì)量人才培養(yǎng)的一個思路。[3-9]

1 數(shù)值分析教學(xué)中存在的問題

數(shù)值分析也叫數(shù)值計算方法，其實用性較強，為實際計算問題提供了較好的理論和方法，對于復(fù)雜方程組和大型矩陣計算必須借助計算機方可實現(xiàn)。雖然數(shù)值分析課程改革方面取得了一些成績，但是其教學(xué)仍面臨一系列問題：

（1）數(shù)值分析的課程體系仍然重理論輕實踐，只注重解題方法與技巧的訓(xùn)練，使得學(xué)生對于數(shù)值分析應(yīng)用載體的認知不夠，無法發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用價值。

（2）教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)脫節(jié)，缺少具有專業(yè)背景的相關(guān)例題和應(yīng)用案例，使得教學(xué)枯燥，學(xué)生很難產(chǎn)生學(xué)習興趣，影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習。

（3）教學(xué)側(cè)重點未結(jié)合專業(yè)特點，使得學(xué)生無法形成有效的知識儲備，很難構(gòu)建較好的知識結(jié)構(gòu)體系，不利于后期創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，影響學(xué)生的專業(yè)技能。

（4）教學(xué)手段和方法單一，師生互動較少，新技術(shù)融入不夠，現(xiàn)代科技優(yōu)勢未發(fā)揮出來。

（5）理論與實際未有機結(jié)合，缺少應(yīng)用實踐平臺，導(dǎo)致學(xué)生解決實際問題的能力不強，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不足，不能滿足社會發(fā)展對高質(zhì)量人才的需求。

所以，老師有必要了解專業(yè)背景知識，并有機的將專業(yè)相關(guān)的案例運用到數(shù)值分析教學(xué)中，這樣才可以取得良好的授課效果和學(xué)習效果，為培養(yǎng)新時代高質(zhì)量人才提供了一個思路。

2 數(shù)值分析教學(xué)中運用“試井分析”課程的典型教學(xué)案例

以講解有限差分為例，講解完基本理論和公式推導(dǎo)后，為了加深學(xué)生的理解，選取“試井分析”課程中的內(nèi)容——低滲壓敏均質(zhì)油藏試井解釋模型作為案例。endprint

低滲壓敏均質(zhì)油藏試井解釋模型的無因次滲流方程：

（1）

初始條件： （2）

內(nèi)邊界條件： （3）

外邊界條件： （4）

無窮大： （5）

圓形定壓： （6）

圓形封閉： （7）

方程（1）～（7）即構(gòu)成了低滲壓敏單一介質(zhì)油藏的無因次試井解釋模型。

有限差分法的基本思想是先把問題的定義域進行網(wǎng)格剖分，然后在網(wǎng)格點上，按適當?shù)臄?shù)值微分公式把定解問題中的微商換成差商，從而把原問題離散化為差分格式，進而求出數(shù)值解，在VS2010或者C++中編程實現(xiàn)該算法即可求解該模型。

（1）i=l時

（8）

（2）1

（9）

（3）i=N時

若為封閉邊界：

（10）

若為定壓邊界：

（11）

其中，

無因次井底流壓： （12）

式中， —無因次徑向半徑； wD—無因次井筒半徑；—無因次邊界半徑；—表皮系數(shù)，無量綱；—開井生產(chǎn)時間；—無因次壓力；PwD—無因次井底壓力； -無因次啟動壓力梯度；-無因次井儲系數(shù)；-無因次壓敏系數(shù)。

3 數(shù)值分析課程案例式教學(xué)改革方案

數(shù)值分析課程涉及內(nèi)容較多，在有限的課時內(nèi)既要傳授基本理論，又要使學(xué)生有效知識儲備最大化，必須進行案例式教學(xué)改革，促進學(xué)科之間的滲透與交叉。

（1）制定與專業(yè)培養(yǎng)目標相適應(yīng)的教學(xué)大綱和教學(xué)方案。長江大學(xué)數(shù)值分析課程主要面對石油專業(yè)研究生的教學(xué)，培養(yǎng)的研究生就業(yè)主要面向石油、石化領(lǐng)域，這就要求課程教學(xué)大綱必須與石油專業(yè)的特點結(jié)合，以有效解決石油專業(yè)中的計算問題。

（2）選擇適合專業(yè)培養(yǎng)的教材和參考書。目前關(guān)于數(shù)值分析的教材和參考書很多，根據(jù)石油專業(yè)的特點，選擇相應(yīng)的參考書，達到因材施教的目的。長江大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院根據(jù)多年授課的經(jīng)驗，2001年編寫了適合工科研究生的數(shù)值計算方法教材，適當?shù)瘮?shù)學(xué)理論證明，重點培養(yǎng)學(xué)生的計算能力，根據(jù)不同專業(yè)特點對講授內(nèi)容的側(cè)重點進行分類。

（3）加強數(shù)值軟件教學(xué)。數(shù)值計算方法的求解相對較復(fù)雜，必須借助數(shù)學(xué)軟件在計算機上實現(xiàn)，這就要求學(xué)生掌握數(shù)學(xué)軟件的基本原理和操作步驟，結(jié)合石油專業(yè)的特點，對于較復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，必須采用編程實現(xiàn)，可以適當引導(dǎo)學(xué)生加強編程能力的培養(yǎng)。

（4）注重加強數(shù)值分析課程的教學(xué)團隊建設(shè)。我校數(shù)學(xué)學(xué)院一直以來十分重視研究生數(shù)值分析的教學(xué)，根據(jù)石油專業(yè)的特點，專門配備了具有石油專業(yè)教育背景的高學(xué)歷、高職稱教師，目前擁有具有石油開發(fā)教育背景的博士兩名，具有鉆井教育背景的博士副教授兩名，具有物探教育背景的副教授一名，具有地質(zhì)教育背景博士一名，年輕富有活力，并且定期組織教學(xué)方法和教材內(nèi)容探討，主要是針對案例式教學(xué)改革。

（5）教學(xué)檢查和質(zhì)量評估。定期組織學(xué)生對教學(xué)效果進行評價，結(jié)合學(xué)生的反饋意見，組織教學(xué)團隊進行研討，并提出改進意見，為進一步提高數(shù)值分析教學(xué)質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合石油專業(yè)課程“試井分析”課程的專業(yè)背景，應(yīng)用于數(shù)值分析課程案例式教學(xué)改革的嘗試，改變單一課程授課模式，加強學(xué)科之間的交叉與滲透，使得枯燥乏味的理論知識可以很好的與實際結(jié)合，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣，而且大大提高了學(xué)生學(xué)習的效率，對于學(xué)生構(gòu)建較好的知識結(jié)構(gòu)提供了一個更好的思路，實現(xiàn)了數(shù)值分析的教學(xué)從傳統(tǒng)模式向?qū)I(yè)性人才培養(yǎng)的現(xiàn)代化教學(xué)模式的過渡，建立更加科學(xué)、符合實際、有利于石油類高質(zhì)量人才培養(yǎng)的多元課程體系。

基金項目：湖北高校省級教學(xué)研究項目：基于SPOC理念的高等數(shù)學(xué)教學(xué)模式探索與實踐（2016275）

參考文獻

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