石油與天然氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐

王永友，王 琨，郭昭學(xué)，王其軍，呂棟梁

石油與天然氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐

王永友，王 琨，郭昭學(xué)，王其軍，呂棟梁

（西南石油大學(xué) 石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500）

由于受工況條件的約束和限制，與石油及天然氣工程技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐技能訓(xùn)練，無法在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室完成，此外由于油田現(xiàn)場(chǎng)因高危、高風(fēng)險(xiǎn)等極端工作環(huán)境，也無法接納學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)，因此虛擬仿真是開展石油與天然氣工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程實(shí)踐技能訓(xùn)練的有效途徑。以西南石油大學(xué)油氣開發(fā)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)為例，介紹其教學(xué)資源應(yīng)用案例、教學(xué)體系、教學(xué)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)。

石油與天然氣工程；虛擬仿真；教學(xué)體系；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

目前，隨著國(guó)際油氣資源競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，以及油氣勘探開發(fā)難度的不斷加大，為了提高勘探開發(fā)進(jìn)度，降低開采成本，石油與天然氣工程領(lǐng)域不斷采用及推廣新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝。這種工業(yè)需求形勢(shì)對(duì)高校培養(yǎng)石油與天然氣工程相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人才提出了新的要求[1-2]，即高校在人才培養(yǎng)的過程中，除應(yīng)讓學(xué)生掌握扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，還應(yīng)使學(xué)生受到系統(tǒng)規(guī)范的工程技能訓(xùn)練，熟悉未來復(fù)雜的工作環(huán)境和要求；畢業(yè)生到企業(yè)的相關(guān)崗位后，在工作中能理論聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，發(fā)揮創(chuàng)造性，提高生產(chǎn)效率[3-4]。實(shí)踐證明，全面系統(tǒng)的課堂理論教學(xué)與專業(yè)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐技能訓(xùn)練的有機(jī)結(jié)合，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效方式，而虛擬仿真是開展石油與天然氣工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程實(shí)踐技能訓(xùn)練的有效途徑。

1 石油與天然氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

1.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研發(fā)的必要性

石油與天然氣工程技術(shù)是解決如何將幾千甚至近萬米深的地下油氣資源經(jīng)一條人工建立的通道采到地面，并經(jīng)地面管道和集輸站場(chǎng)分配和處理的相關(guān)技術(shù)，涉及油氣鉆井工程、油氣開采工程、油藏工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程、流體力學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域。由于工程作業(yè)往往涉及沙漠、戈壁、海洋等惡劣工作環(huán)境，以及具有高溫高壓（如有時(shí)溫度高達(dá)200 °C，壓強(qiáng)超過100 MPa）的深部地層、小尺寸井眼等地下不可及環(huán)境，同時(shí)油氣勘探開發(fā)不僅涉及大型的工程施工，還涉及微觀的多孔介質(zhì)特性以及流體的滲流規(guī)律研究和分析，由于油氣勘探作業(yè)和生產(chǎn)事故具有典型的不可逆性，加之油氣產(chǎn)品具有易燃、易爆、易擴(kuò)散，甚至具有有毒成分（如含H2S、SO2）等特殊性，便形成了油氣鉆、采、輸作業(yè)的高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、工藝復(fù)雜、要求理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合的工程技術(shù)特點(diǎn)。

在人才培養(yǎng)過程中，與石油和天然氣工程技術(shù)相關(guān)的部分實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐技能訓(xùn)練由于各種工況條件的約束和限制，無法在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室完成，而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由于高危、高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境，現(xiàn)代化的大重型機(jī)械設(shè)備密集，對(duì)于沒有任何工作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生而言，受到意外傷害的可能性較大，如果操作失誤，可能引起巨額的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)公共安全事故，因此也無法接納學(xué)生實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)[5]。為了彌補(bǔ)石油與天然氣工程相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)所存在的不足，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等與油氣工業(yè)勘探開發(fā)工程實(shí)際相結(jié)合，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)[6]，是開展石油與天然氣工程相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)并避免環(huán)境惡劣、規(guī)模大、投資大、風(fēng)險(xiǎn)高的有效途徑。

1.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研發(fā)

20世紀(jì)90年代，為了適應(yīng)新的專業(yè)理論教學(xué)和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的需要，我校成立研發(fā)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)功能更完備的鉆井工程模擬器，成為鉆井工程及相關(guān)專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)裝備。2000年以來，學(xué)校依托油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、石油與天然氣工程國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科、石油工程和油氣儲(chǔ)運(yùn)等國(guó)家級(jí)特色專業(yè)、石油與天然氣工程國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、石油與天然氣工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心以及四川省石油工程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)以及在國(guó)家“863”項(xiàng)目支持下，順應(yīng)我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展和油田繼續(xù)教育的需要，著重致力于石油工程與石油裝備的模擬與仿真系統(tǒng)研發(fā)，開發(fā)了一系列油氣虛擬仿真教學(xué)資源，建成了集油氣鉆、采、輸一體化的油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，取得了如下典型應(yīng)用 成果。

1.2.1 油氣鉆井虛擬仿真系統(tǒng)

油氣鉆井工程是投資大、風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)密集的地下工程，要安全、高效地建立一條優(yōu)質(zhì)的油氣流動(dòng)通道，涉及多工種協(xié)同作業(yè)。與此相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)踐技能訓(xùn)練因規(guī)模大、設(shè)備多、消耗高、風(fēng)險(xiǎn)大無法在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室完成，也無法在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)重復(fù)或再現(xiàn)[7]，如井噴的理論與現(xiàn)場(chǎng)處理技能、井下復(fù)雜事故處理的理論和實(shí)踐技能等。

通過對(duì)油氣鉆井虛擬仿真系統(tǒng)的交互操作和對(duì)儀器儀表顯示數(shù)據(jù)，虛擬作業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象及相關(guān)設(shè)備工作狀況的觀察，使學(xué)生理解并掌握鉆井基本工藝過程、井筒及地層流體流動(dòng)原理和溢流過程、井筒巖屑清除原理以及常規(guī)鉆井、關(guān)井壓井原理和井下事故處理流程、欠平衡鉆井及控壓鉆井等特殊工藝鉆井井底壓力控制原理、地面特殊裝備等知識(shí)。

1.2.2 油氣開采虛擬仿真系統(tǒng)

油氣開采工程擔(dān)負(fù)著使地層中的油氣穩(wěn)定、高效、持久地從地層流到井底，并從幾千米深的井底有控制地舉升到地面的重任。涉及酸化、壓裂等大型的地層改造工程、不同埋藏深度的復(fù)雜流體的滲流規(guī)律以及流體被舉升至地面的配套技術(shù)及維持井筒生產(chǎn)壽命與安全修井等技術(shù)。許多與生產(chǎn)密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目由于規(guī)模大、高溫、高壓、腐蝕、毒性等無法在常規(guī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。通過油氣開采虛擬仿真系統(tǒng)對(duì)模擬設(shè)備的交互操作、儀器儀表顯示數(shù)據(jù)、虛擬作業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象及相關(guān)設(shè)備工作狀況的觀察，使學(xué)生理解油氣井井筒出現(xiàn)的多相管流流動(dòng)形態(tài)、對(duì)比多相流動(dòng)計(jì)算模型的準(zhǔn)確性、模擬與診斷人工舉升方式（氣舉、電潛泵、有桿泵、射流泵等）工作狀態(tài)、模擬排水采氣過程與注水工程等知識(shí)點(diǎn)。

1.2.3 油氣儲(chǔ)運(yùn)虛擬仿真系統(tǒng)

油氣儲(chǔ)運(yùn)工程是連接油氣開采和終端用戶的紐帶，涉及油氣的收集、站場(chǎng)處理和儲(chǔ)存等技術(shù)。油田內(nèi)的油氣管網(wǎng)長(zhǎng)度高達(dá)數(shù)千公里甚至上萬公里，還有大量不同規(guī)模和類型的油氣處理站場(chǎng)和油庫等。與此相關(guān)的實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如壓縮機(jī)和泵的啟停、油氣管道的泄漏應(yīng)急處理、復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行操作、油庫的收發(fā)油作業(yè)、油氣管道和設(shè)備的腐蝕過程、油氣凈化處理等因規(guī)模大、風(fēng)險(xiǎn)高無法在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室開展，受企業(yè)生產(chǎn)制度和安全方面的限制，也無法在企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作。通過油氣儲(chǔ)運(yùn)虛擬仿真系統(tǒng)對(duì)模擬設(shè)備的交互操作、儀器儀表顯示數(shù)據(jù)、虛擬作業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象及相關(guān)設(shè)備工作狀況的觀察，可使學(xué) 生理解油氣集輸管道系統(tǒng)、油氣集輸站場(chǎng)工藝、油氣長(zhǎng)輸管道工藝、LNG接收終端工藝、油庫工藝等知識(shí)，掌握油氣集輸設(shè)備布局、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理、設(shè)備操作、維護(hù)、相關(guān)工藝操作技能和常見事故處理等 知識(shí)。

2 石油與天然氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建

2.1 油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)情況

我校石油與天然氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心依托石油與天然氣工程國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科于2007年批準(zhǔn)建設(shè)，2013年成功申報(bào)為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，該示范中心下設(shè)油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，并于2014年成功申報(bào)為首批國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”）。中心由學(xué)校與示范中心二級(jí)管理，學(xué)校負(fù)責(zé)總體規(guī)劃與建設(shè)，示范中心負(fù)責(zé)日常管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。目前，中心擁有4個(gè)實(shí)體平臺(tái)，8個(gè)實(shí)驗(yàn)分室，實(shí)驗(yàn)室面積達(dá)1000 m2以上，中心組織機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心組織機(jī)構(gòu)

2.2 石油與天然氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)

隨著油氣勘探開發(fā)難度的不斷加大，油氣工程領(lǐng)域要求學(xué)生具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)、系統(tǒng)規(guī)范的工程技能和在復(fù)雜工作環(huán)境下的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。為滿足人才能力培養(yǎng)需求，油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心貫徹“以學(xué)生為本”和“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)理念，以及“知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展”的教育理念和“以能力培養(yǎng)為核心”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念[8-9]，始終堅(jiān)持循序漸進(jìn)、逐步提高、分層培養(yǎng)、注重個(gè)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，不斷調(diào)整和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法。經(jīng)過多年的建設(shè)，逐漸形成了分層次、模塊化、重基礎(chǔ)、強(qiáng)能力的人才培養(yǎng)模式[10-12]，建立起了一套布局合理、教學(xué)效果優(yōu)良、開放共享有效，并與石油與天然氣工程一級(jí)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科以及行業(yè)特點(diǎn)相適應(yīng)的、能支撐對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（見圖2）。

圖2 油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教學(xué)體系

基于半實(shí)物仿真的系列仿真模擬操作平臺(tái)主要承擔(dān)鉆井工藝仿真模擬訓(xùn)練、油氣開采仿真模擬訓(xùn)練和油氣集輸仿真模擬訓(xùn)練，與相關(guān)課程匹配，屬于基礎(chǔ)教學(xué)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)基本理論和技能的掌握?；谌S嚴(yán)肅游戲理論的虛擬仿真操作平臺(tái)屬于綜合提高平臺(tái)，主要用于案例教學(xué)，對(duì)油氣鉆采輸過程中遇到的典型事故開展交互和漫游式井控虛擬訓(xùn)練、油氣開采安全事故以及應(yīng)急預(yù)案仿真訓(xùn)練，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和安全意識(shí)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)和工程實(shí)際的仿真操作及開發(fā)平臺(tái)屬于創(chuàng)新平臺(tái)，用于開展對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和探索創(chuàng)新能力綜合培養(yǎng)，具有實(shí)戰(zhàn)化特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容與油田生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密，并允許學(xué)生利用該平臺(tái)開展具有個(gè)性化的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)研究。該平臺(tái)主要承擔(dān)鉆井工程設(shè)計(jì)及分析虛擬教學(xué)訓(xùn)練、海洋油氣開發(fā)工藝虛擬教學(xué)訓(xùn)練、地下工程及井筒作業(yè)虛擬教學(xué)訓(xùn)練。虛擬或仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的合理利用可以有效地彌補(bǔ)常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足，從而實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與體會(huì)

油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心堅(jiān)持傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，注重對(duì)學(xué)生探索精神、科學(xué)思維、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。中心堅(jiān)持以學(xué)生為本，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合，采用先進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。從人才培養(yǎng)體系整體出發(fā)，建立以能力培養(yǎng)為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，與理論教學(xué)既有機(jī)結(jié)合又相對(duì)獨(dú)立。

3.1 石油與天然氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心遵循虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛的原則，依托鉆井與完井工程、采油工程、氣藏工程、油藏工程、油氣集輸工程等專業(yè)核心課程，用集油氣鉆、采、輸為一體的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)鉆完井、油氣開發(fā)、開采、集輸?shù)葘?shí)踐中的復(fù)雜工程問題開展虛擬仿真教學(xué)，學(xué)生通過實(shí)踐操作、現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)分析處理及信息綜合歸納，得到合理有效的結(jié)論，從而提升學(xué)生理論研究水平、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

中心為石油工程專業(yè)、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)、海洋油氣工程專業(yè)等5個(gè)專業(yè)開設(shè)了實(shí)驗(yàn)課程，涉及11門課程，每年受益的學(xué)生達(dá) 1200 余人，人時(shí)數(shù)達(dá)到21 000學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)開出率高，教學(xué)效果良好，在人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，面對(duì)石油與天然氣行業(yè)發(fā)展形勢(shì)，根據(jù)油氣開發(fā)領(lǐng)域人才能力培養(yǎng)需求，中心積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，不斷豐富完善教學(xué)平臺(tái)資源，根據(jù)現(xiàn)有教學(xué)資源及建設(shè)規(guī)劃，不斷修訂、完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)教材，并精心設(shè)計(jì)相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、典型的油氣鉆、采、輸方向課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等（見表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目列表

中心開設(shè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性3個(gè)層次，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，與相關(guān)課程配套，重在驗(yàn)證理論知識(shí)，掌握實(shí)驗(yàn)基本技能；綜合性實(shí)驗(yàn)主要為生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程的實(shí)訓(xùn)及實(shí)踐項(xiàng)目，重在強(qiáng)調(diào)各學(xué)科間知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)主要為石油工程設(shè)計(jì)大賽、SPE實(shí)驗(yàn)技能大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)大賽等提供支持，重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與對(duì)應(yīng)理論教學(xué)同步進(jìn)行，綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)獨(dú)立開課，不以產(chǎn)生原創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果為目標(biāo)，采用教師命題和學(xué)生自由設(shè)計(jì)兩種模式。

近年來，中心搭建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)，以“項(xiàng)目導(dǎo)向、競(jìng)賽為先、促學(xué)帶練、產(chǎn)出成果”為思路，精心營(yíng)造濃厚科創(chuàng)氛圍，吸引大量學(xué)生參與到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中來，在各類活動(dòng)中幫助學(xué)生砥礪思想、交流展示、鍛煉能力，在學(xué)科基礎(chǔ)、實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力等方面均得到了很大的提高。近三年，中心平臺(tái)服務(wù)的學(xué)生課外開放實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性項(xiàng)目、獲得各類省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)、申請(qǐng)并授權(quán)專利、發(fā)表學(xué)術(shù)論文等成果逐年增長(zhǎng)，成績(jī)喜人（見圖3），如學(xué)生在歷屆全國(guó)石油工程設(shè)計(jì)大賽中均囊括半數(shù)以上的一等獎(jiǎng)。

圖3 油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心學(xué)生成果

中心面向全校學(xué)生開放，平均每年近千人參與。用人單位評(píng)價(jià)“畢業(yè)生綜合素質(zhì)好，基礎(chǔ)扎實(shí)，動(dòng)手能力強(qiáng)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力”。

3.2 石油與天然氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體會(huì)

中心將現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代工程教育理論與石油工程相關(guān)理論教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)操作工藝和技能要求進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，建設(shè)集油氣鉆、采、輸一體化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，形成信息容量大、多向演示、模擬生動(dòng)、身臨其境、人機(jī)互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐技能訓(xùn)練平臺(tái)，使學(xué)生能夠在有限的空間和時(shí)間內(nèi)，在安全的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過程中，快速、全面掌握油氣開發(fā)工程技術(shù)領(lǐng)域涉及的理論知識(shí)及實(shí)踐操作技能。

根據(jù)中心建設(shè)思路和整體規(guī)劃，今后將持續(xù)加強(qiáng)硬件建設(shè)，如中心環(huán)境的升級(jí)改造、先進(jìn)儀器設(shè)備的引進(jìn)與開發(fā)等，同時(shí)不斷豐富軟件內(nèi)容，如教學(xué)資源開發(fā)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)信息化平臺(tái)完善、師資隊(duì)伍培養(yǎng)、建設(shè)成果及經(jīng)驗(yàn)交流等。為充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的作用及受益面，還將進(jìn)一步擴(kuò)大共享范圍和完善共享方式，加大科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)資源轉(zhuǎn)化力度，不斷擴(kuò)充和豐富虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源并擴(kuò)大資源的產(chǎn)品化程度，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)室信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理運(yùn)行平臺(tái)，開發(fā)面向社會(huì)開放的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，逐步開展移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，在現(xiàn)有的IOS和Android等主流移動(dòng)平臺(tái)上開發(fā)部分典型的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源[13-14]。

通過上述措施，使得油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的內(nèi)涵建設(shè)不斷得以加強(qiáng)，人才培養(yǎng)質(zhì)量穩(wěn)步提升，形成融“工程背景認(rèn)識(shí)”“專業(yè)理論實(shí)驗(yàn)”“單項(xiàng)或綜合操作技能訓(xùn)練”為一體的工科理論與實(shí)踐有效結(jié)合的分段式、立體化、同時(shí)滿足石油工程通識(shí)教育與專業(yè)技能人才需求的人才培養(yǎng)體系、教學(xué)質(zhì)量保障體系以及評(píng)價(jià)體系，形成油氣開發(fā)領(lǐng)域虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)公共教育平臺(tái)。

4 結(jié)語

在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革新形勢(shì)下，面對(duì)石油與天然氣行業(yè)發(fā)展形勢(shì)，我校油氣開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在建設(shè)中積極探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和形式，理解和把握“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”建設(shè)的基本原則，堅(jiān)持以學(xué)生為本，采用先進(jìn)信息技術(shù)手段，不斷豐富完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，推動(dòng)實(shí)踐創(chuàng)新[15]，以滿足油氣開發(fā)相關(guān)專業(yè)人才基本技能和實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)、考核及安全教育的需要。

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[13] 教育部.關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知: 教高司函[2013]94號(hào)[Z]. 2013.

[14] 國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020 年) [EB/ OL]. [2010-07-10]. http://baike.so.com/doc/5284635-5621050. html.

[15] 劉澤良.發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的促進(jìn)作用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011, 28(7): 193–194, 197.

Construction and practice of virtual simulation experiment teaching system for petroleum and natural gas engineering

WANG Yongyou, WANG Kun, GUO Zhaoxue, WANG Qijun, Lü Dongliang

(School of Petroleum and Natural Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)

Due to the constraints and limitations of working conditions, some experiments and practical training related to petroleum and natural gas engineering technology can’t be carried out in conventional laboratories. In addition, because of the high-risk and extreme working environment, students can’t be admitted for the experiment or training in the oilfield. Therefore, virtual simulation is an effective way to carry out the experimental teaching and engineering training for petroleum and natural gas engineering technology. Taking the construction of the national virtual simulation experimental teaching center for oil and gas development in Southwest Petroleum University as an example, this paper introduces its application case for teaching resource, teaching system, teaching practice and understanding.

oil and gas engineering; virtual simulation; teaching system; experimental teaching

G642.0

A

1002-4956(2019)12-0023-05

10.16791/j.cnki.sjg.2019.12.006

2019-04-16

王永友（1979—），男，貴州湄潭，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。E-mail: 9462517@qq.com