專業(yè)認(rèn)證背景下的油藏數(shù)值模擬課程建設(shè)與人才培養(yǎng)

張益　劉峰　阮敏　馬先林　袁士寶

摘? 要：隨著教育逐漸進入專業(yè)認(rèn)證模式，由規(guī)模擴張階段進入注重質(zhì)量、發(fā)展內(nèi)涵、注重鍛煉學(xué)生實際運用知識能力階段，如何應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)豐富教學(xué)形式、提高教學(xué)效果，是亟待解決的問題。通過選擇“理論與實踐課堂”相結(jié)合的新模式，使學(xué)生不僅可以享受新的學(xué)習(xí)模式帶來的學(xué)習(xí)效率的提高，也避免出現(xiàn)復(fù)雜的公式和生僻知識點帶來的學(xué)習(xí)挫敗感。使學(xué)生將理論和實際聯(lián)系起來，掌握油藏數(shù)值模擬這門工具，為今后從事石油專業(yè)工作打下堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：油藏數(shù)值模擬;教學(xué)實踐;教學(xué)改革;人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）23-0071-03

Abstract： With the education gradually into the professional certification mode， from the expansion stage to focus on the quality and connotation， pay attention to the training of students practical knowledge ability stage， it is an urgent problem to be solved that how to apply modern education technology to enrich the teaching form， improve the teaching effect. By choosing the new mode of "theory and practice classroom"， students can not only enjoy the improvement of learning efficiency by the new learning mode， but also avoid the frustration by complex formulas and outlying knowledge points. Let the students contact the theory with the practice and grasp the tool of the reservoir numerical simulation， which will be engaged in the petroleum professional work in the future to lay the solid foundation.

Keywords： reservoir numerical simulation; teaching practice; teaching reform; cultivation of talents

一、概述

油藏數(shù)值模擬是唯一的一個應(yīng)用計算機手段，解決油氣藏開發(fā)中合理開發(fā)方案的問題，通過對合理開發(fā)方案的設(shè)計，預(yù)測油藏的含水率、壓力、采出程度、流體動態(tài)分布等動態(tài)參數(shù)，為油氣藏高效率低成本開發(fā)提供指導(dǎo)[1-2]?！笆凸こ虒I(yè)人才培養(yǎng)方案”指出，本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是“掌握本專業(yè)所必須的工程科學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，接受石油工程師基本訓(xùn)練，具有較強的工程實踐能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新意識，具備綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析和解決石油工程實際問題的初步能力，具有一定的組織管理能力和創(chuàng)新意識”[3-5]。油藏數(shù)值模擬課是在學(xué)習(xí)完油藏工程、采油工程、滲流力學(xué)、油層物理等專業(yè)課的基礎(chǔ)上，對石油工程專業(yè)知識的實際應(yīng)用和升華。因此，油藏數(shù)值模擬課對石油工程本科生來說，是專業(yè)性最強，知識要求能力較高的一門課程。學(xué)好該門課程，對今后從事石油行業(yè)具有重要的幫助作用。

二、油藏數(shù)值模擬教學(xué)和學(xué)習(xí)中存在的問題及分析

油藏數(shù)值模擬是石油工程專業(yè)學(xué)生的必修課，油藏數(shù)值模擬課程對培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)思維方法和分析問題、解決問題的能力，為今后從事石油開發(fā)生產(chǎn)和科學(xué)研究具有至關(guān)重要的作用。然而，往往課程結(jié)束后，學(xué)生不能真正掌握油藏數(shù)值模擬的基本原理，不能應(yīng)用油藏數(shù)值模擬解決實際油田開發(fā)中的問題，個別學(xué)生甚至連基本模型都解釋不清，數(shù)值模擬課程和油田開發(fā)實際應(yīng)用之間的鴻溝也難以解決。

分析其主要有以下幾個方面原因：

1. 數(shù)學(xué)和專業(yè)課基礎(chǔ)薄弱。油藏數(shù)值模擬課程包括了滲流力學(xué)、油藏工程、油層物理和高等數(shù)學(xué)等專業(yè)知識。對學(xué)生的數(shù)學(xué)知識和專業(yè)知識提出了更高的要求，如果上述課程學(xué)習(xí)不好，會嚴(yán)重影響到對油藏數(shù)值模擬課程的學(xué)習(xí)。以往的課程教學(xué)以老師教為主，學(xué)生聽為輔，只完成對書本內(nèi)容的講解，沒用系統(tǒng)化的實踐環(huán)節(jié)，造成學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，興趣不高，看到復(fù)雜的公式難于理解，對所學(xué)知識的實際應(yīng)用更是模糊不懂，難以建立學(xué)習(xí)和實踐之間的橋梁。

2. 油藏數(shù)值模擬課程內(nèi)容教學(xué)容易沒有一條主線，系統(tǒng)性不強。油藏數(shù)值模擬課程概念抽象、難懂、公式多，教師在有限的時間內(nèi)很難講清楚所有內(nèi)容，如基本數(shù)學(xué)模型的建立、偏微分方程的離散化、線性代數(shù)方程組的求解與一維、二維油藏數(shù)值模擬的解法之間銜接不夠緊密，教師在花了很多時間仔細講解每一部分內(nèi)容后，學(xué)生只是孤立理解了每部分的內(nèi)容，對前后內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系不明白，沒有建立所學(xué)知識的一條主線和框架，使得學(xué)生沒有很好地掌握這門課程。那么怎樣讓教師教好，學(xué)生學(xué)好，是擺在當(dāng)前的一個要迫切解決的問題。

3. 由于課時有限，部分教師對實踐教學(xué)重視不夠。部分教師只是簡單地將數(shù)值模擬的黑油模型、組分模型、IMPES方法、歷史擬合和數(shù)值模擬在油田開發(fā)中的應(yīng)用等知識進行了講述，未將理論與實際之間的聯(lián)系進行講解。課程結(jié)束后，學(xué)生往往連油藏數(shù)值模擬課程的作用都不清楚。

4. 學(xué)生缺乏實踐的實驗室和軟件，缺少實踐的機會。受限于國際通用的油藏數(shù)值模擬軟件不能在教學(xué)中應(yīng)用，嚴(yán)重制約了學(xué)生的軟件實際操作能力，學(xué)生對理論知識、油田開發(fā)生產(chǎn)實際之間的橋梁——油藏數(shù)值模擬軟件認(rèn)識不清。

5. 很少有學(xué)生去針對理論知識，提前主動地預(yù)習(xí)課程，課后提問題，這種被動的學(xué)習(xí)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、動手能力和解決實際問題的能力。

6. 課程考核方式不合理。目前的考試方式主要是基于卷面成績，平時成績主要參考學(xué)生的考勤和作業(yè)，沒有將實踐環(huán)節(jié)納入考試范圍，忽略了油藏數(shù)值模擬課程實踐考核的重要性。

三、教學(xué)改革方案及措施

所謂“理論與實踐課堂”，是在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，充分運用現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備、教學(xué)軟件、教學(xué)方法和新的考核方式，注重學(xué)生對油藏數(shù)值模擬課程實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生解決實際問題的能力和綜合素質(zhì)的培訓(xùn)。

1. 豐富教學(xué)內(nèi)容。（1）精講多練，著重應(yīng)用，分清主次，重難點要舍得花時間;（2）在講清基本概念、基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，導(dǎo)入專業(yè)課知識，并與現(xiàn)場生產(chǎn)實際緊密結(jié)合，適時引入現(xiàn)場新技術(shù)和新方法，充實和完善教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生不斷學(xué)習(xí)專業(yè)知識，觸類旁通，通過專業(yè)知識鞏固基礎(chǔ)知識，不斷重復(fù)，螺旋式進步;（3）制作高質(zhì)量的多媒體課件（flash動畫、CAI課件等）[6-7]，最大限度地發(fā)揮多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，使多媒體科學(xué)技術(shù)作為教學(xué)技術(shù)輔助手段而不是唯一手段，要適時使用板書講解公式，詳細推導(dǎo)關(guān)鍵知識點，詳細解釋每一步驟的過程，如黑油模型的IMPES解法，建立推導(dǎo)黑油模型的邏輯思路。同時，用多媒體和錄像以圖片和動畫的形式展示從儲層到三維地質(zhì)模型到多相流體的滲流、流體飽和度變化和油水分布等演變過程，加深學(xué)生對油藏數(shù)值模擬的直觀理解。

2. 加強實驗室建設(shè)，注重實踐教學(xué)。學(xué)校已建成油藏數(shù)值模擬專用實驗室，隨著我校和斯倫貝謝公司協(xié)議的簽署，該公司將向我校免費捐贈Eclipse軟件，充分利用該軟件，改變僅進行理論知識的講授，學(xué)生不能參與實驗環(huán)節(jié)指導(dǎo)的現(xiàn)象，讓學(xué)生將所學(xué)理論知識和實際應(yīng)用充分結(jié)合。同時，加大實踐教學(xué)成績在課程最終考核的比重，督促學(xué)生重視實踐教學(xué)，通過項目的實施改變理論知識與實踐相脫節(jié)的局面。

3. 強化創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)。（1）鼓勵學(xué)生自己編寫簡單的數(shù)值模擬軟件，如一維兩項流，二維二項流等，通過軟件程序編寫，加深對理論知識的理解和掌握，并將所編寫軟件積極申請軟件著作權(quán);（2）采用項目驅(qū)動式的教學(xué)方法，提高應(yīng)用能力，鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新項目和石油工程設(shè)計大賽，將所學(xué)的理論知識，軟件應(yīng)用能力和油氣藏開發(fā)生產(chǎn)實踐相結(jié)合，解決油氣藏開發(fā)中的實際難題;（3）“引路導(dǎo)航”，變教學(xué)生“學(xué)會”為教學(xué)生“會學(xué)”，根據(jù)教材內(nèi)容，有重點地給出一些教材中簡單的、可以深入思考的問題，如歷史擬合，網(wǎng)格取向等一些重要的知識，可以讓學(xué)生查閱文獻（CNKI、Elsevier、Springer、ACS等）去搜索（Google學(xué)術(shù)、百度學(xué)術(shù)、百度文庫）新答案，并培養(yǎng)學(xué)生的歸納知識能力。在每一章結(jié)束后，讓學(xué)生自己整理知識要點，在頭腦中形成有序貯存，并在網(wǎng)絡(luò)連接點上繁衍出新的知識生長點，運用自己已有的知識解決問題，實現(xiàn)由思維定勢向創(chuàng)新性思維能力發(fā)展。

4. 改進課程考核方式。增加實踐課程考試環(huán)節(jié)，課程考核由理論考核和實踐考核構(gòu)成，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力。

四、教學(xué)改革實踐

根據(jù)研究方案的任務(wù)和要求，在較廣泛、充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，進行教學(xué)改革實踐。

1. 加深了學(xué)生對油藏數(shù)值模擬課程內(nèi)容的理解。通過編寫二維二相數(shù)值模擬程序，學(xué)生得以進到“數(shù)模黑箱”，深刻理解數(shù)模的計算過程和所采用的算法，對數(shù)值模擬書中公式的簡單理解與軟件實際應(yīng)用之間的“鴻溝”，有了深刻的領(lǐng)會，為將書本知識應(yīng)用到實際油藏的模擬開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2. 拓展了學(xué)生對油氣田開發(fā)知識的視野，通過油藏數(shù)值模擬軟件的應(yīng)用，使其成為學(xué)習(xí)石油工程知識一個重要的輔助工具。通過學(xué)習(xí)Office模塊自帶的11個例題，使學(xué)生掌握局部網(wǎng)格加密、流線模型、組分模型、煤層氣開發(fā)、歷史擬合等油藏數(shù)值模擬知識，提升了學(xué)生應(yīng)用軟件的能力。

3. 提升了學(xué)生應(yīng)用數(shù)值模擬軟件解決實際油藏問題的能力。通過實際油藏的簡單地質(zhì)模型，學(xué)生將所建地質(zhì)模型導(dǎo)進Eclipse軟件，逐步導(dǎo)進高壓物性參數(shù)、油藏物性參數(shù)、井的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)、相滲數(shù)據(jù)，并經(jīng)過歷史擬合，制定合理的開發(fā)方案和調(diào)整方案，最終得出最優(yōu)開發(fā)方案。

4. 建立了油藏數(shù)值模擬考試模式的多樣化和系統(tǒng)化。為了鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和解決實際問題的能力、提升學(xué)生對油藏數(shù)值模擬課程的興趣，通過期末試卷考試、編寫數(shù)值模擬軟件、建立機理模型、油藏數(shù)值模擬軟件的實例應(yīng)用，將以上四部分內(nèi)容作為學(xué)生的最終成績。

5. 加強教師隊伍建設(shè)，加強教研組老師的交流。新教師跟教學(xué)經(jīng)驗豐富的教授多聽課，掌握先進的教學(xué)方法，并輔導(dǎo)學(xué)生的作業(yè)。教研組老師定期開交流會，就課程教學(xué)中遇到的問題，考試方式的設(shè)置等問題進行積極溝通。

五、教學(xué)改革效果

1. 理論應(yīng)用于實際，使理論教學(xué)與實際應(yīng)用和學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)相結(jié)合，提高了學(xué)生解決實際問題的能力。通過實際油藏模型實例，學(xué)生逐步將數(shù)據(jù)加載到軟件中，完成歷史擬合，采收率、含水率、油藏生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測等內(nèi)容。獨立完成簡單油藏數(shù)值模擬方案制定和調(diào)整，并提出最優(yōu)開發(fā)方案，將書本知識應(yīng)用于實際，解決了理論教學(xué)和實踐教學(xué)相脫節(jié)的問題。

2. 構(gòu)建基于知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的課程考核模式，建立了多樣化考核模式，加深學(xué)生對所學(xué)課程的理解，強調(diào)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。從理論考試、軟件編程、實際應(yīng)用等方面，全方位考核學(xué)生對油藏數(shù)值模擬課程的理解。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、獨立解決問題的能力。鼓勵學(xué)生自主創(chuàng)新，加強理論與實踐的培養(yǎng)，編寫了油藏數(shù)值模擬二維二相黑油模型程序，已申請3項軟件著作權(quán)。

3. 改革和完善教學(xué)體系與課程內(nèi)容。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容特點和具體的教學(xué)情況，采取不同的與之相適應(yīng)的教學(xué)方法。例如：黑油模型和IMPES解法這類理論性強、內(nèi)容多、具有一定深度和難度，又是本課程的重點內(nèi)容，我們則遵循“少而精”的教學(xué)原則，以講授法為主，力求深入淺出，化繁為簡，化難成易。在講清概念的基礎(chǔ)上，注重理論的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用滲流力學(xué)理論分析和討論油氣田開發(fā)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，使學(xué)生學(xué)會知識遷移，提高學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)造性思維能力。

六、結(jié)束語

“理論與實踐課堂”是石油工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)之一。“理論與實踐課堂”的培養(yǎng)要從提高學(xué)生的動手能力開始。課堂教學(xué)中，教師應(yīng)與學(xué)生多互動，鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，通過實例解決問題，達到培養(yǎng)專業(yè)石油人才的目的。

1. 建議應(yīng)用智慧樹、學(xué)習(xí)通等現(xiàn)代教學(xué)方式，充分利用學(xué)生手機、網(wǎng)絡(luò)，手機的使用變堵為疏。學(xué)生課堂未聽懂和不明白的地方，可以通過視頻進行自學(xué)和復(fù)習(xí)。同時，在網(wǎng)上可以和老師、同學(xué)進行交流。

2. 加強實驗室軟硬件建設(shè)，加大實驗室開放力度。整合學(xué)校計算機學(xué)院、電教中心、石油工程學(xué)院的綜合教學(xué)實驗室，建設(shè)油藏數(shù)值模擬綜合教學(xué)實驗室。擬定實驗室開放計劃，制定基礎(chǔ)實驗室開放的管理辦法和相關(guān)制度，建立開放實驗室和實驗項目的預(yù)約登記制度，學(xué)生可以通過預(yù)約上機時間。制定激勵措施，鼓勵本科生參加科技創(chuàng)新立項和石油工程設(shè)計大賽、教師科研項目。

參考文獻：

[1]陳朝暉，連運曉.“油藏數(shù)值模擬原理”興趣激發(fā)式教學(xué)方法研究[J].石油教育，2016（06）：29-31.

[2]王長權(quán).油層物理本科實驗教學(xué)探索與改革思路[J].教育現(xiàn)代化，2015（15）：112-113.

[3]張士誠，翟應(yīng)虎.石油工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系改革的研究與實踐報告[J].煤炭高等教育，1999（4）：77-83.

[4]卞小強，姚健.油層物理課程中MOOC教學(xué)模式的實踐與思考[J].石油教育，2016（06）：55-60.

[5]李淑霞.油藏數(shù)值模擬基礎(chǔ)[M].中國石油大學(xué)出版社，2009.

[6]張益，陳軍斌，劉易非，等.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)制定與實踐[J].石油人力資源，2017（03）：70-73.

[7]姚利民，段文彧.高校教學(xué)方法改革探討[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，35（8）：60-64.