油藏?cái)?shù)值模擬仿真實(shí)踐教學(xué)的研究

胡海霞(長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020)

0 引言

油藏?cái)?shù)值模擬是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展而興起的一門新興學(xué)科。它是利用計(jì)算機(jī)求解油藏?cái)?shù)學(xué)模型，模擬地下油水流動，給出一定時(shí)間油水分布，預(yù)測油藏動態(tài)。在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。目前定量描述非均質(zhì)儲層中多相滲流規(guī)律的唯一方法就是油藏?cái)?shù)值模擬。油藏?cái)?shù)值模擬可以解決其他方法無法解決的問題。對于其他方法可以解決的問題，數(shù)值模擬方法可以更快、更經(jīng)濟(jì)、更方便、更可靠地解決，并提高了其他分析方法的可信度[1]。

1 油藏工程課程教學(xué)現(xiàn)狀

油藏工程課程是石油工程本科專業(yè)的專業(yè)必修課，是一門理論與實(shí)踐結(jié)合較強(qiáng)的綜合性課程，也是該專業(yè)最難的課程之一。主要介紹油田開發(fā)方案設(shè)計(jì)和動態(tài)分析方法的綜合性石油開發(fā)技術(shù)學(xué)科，使學(xué)生能夠?qū)τ筒亻_發(fā)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和評價(jià)，并能夠應(yīng)用相關(guān)的開發(fā)驅(qū)替理論和工程方法來預(yù)測和分析油藏的開發(fā)動態(tài)。

傳統(tǒng)的教學(xué)過程主要是以老師講授為主，而且教學(xué)內(nèi)容以教材為主。學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間較少，接觸實(shí)際案例的機(jī)會更少，導(dǎo)致部分學(xué)生對知識的理解不透徹，上課提不起興趣，期末掛科率較高，已經(jīng)不能適應(yīng)新工科發(fā)展的需要。因此，為了盡快適應(yīng)激烈的競爭環(huán)境，更好完成本課程的培養(yǎng)目標(biāo)，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，有必要積極探索“以學(xué)生為中心”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，及時(shí)引入更多的現(xiàn)場案例、項(xiàng)目、虛擬仿真實(shí)踐等進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，培養(yǎng)高質(zhì)量復(fù)合型人才。

2 油藏?cái)?shù)值模擬實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式探索

油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)其實(shí)就是將仿真模擬技術(shù)應(yīng)用于油藏實(shí)際開發(fā)中，是通過數(shù)值模擬軟件CMG、Eclipse 等將油氣田真實(shí)情況反應(yīng)在計(jì)算機(jī)上面。將油氣田直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，能有一個定性與定量的認(rèn)識，讓學(xué)生獲得對研究對象的感性和理性的認(rèn)識。油藏?cái)?shù)值模擬仿真實(shí)踐教學(xué)既要兼顧基本理論知識，又不能與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，這就需要有合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式[2]。

2.1 教學(xué)內(nèi)容上與油藏工程課程基本教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

作為實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程，在教學(xué)過程中，應(yīng)結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)，選擇合適的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，將課本理論知識和電腦模擬實(shí)際操作過程融合在一起，將所學(xué)知識在數(shù)值模擬的過程中得以應(yīng)用，在應(yīng)用中提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和對理論知識的理解。

將油藏?cái)?shù)值模擬實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容分解為幾步走，根據(jù)各知識點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，從基礎(chǔ)知識點(diǎn)入手。鑒于學(xué)生對軟件的陌生，可以先從機(jī)理模型練習(xí)開始，由淺入深，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。機(jī)理模型部分，不僅可以讓學(xué)生輕松了解軟件的模塊、參數(shù)，并且可以模擬基本理論知識。比如：油藏非均質(zhì)性；油藏的壓力、溫度系統(tǒng)；驅(qū)動類型；儲量評價(jià)；基本面積注水井網(wǎng)等。這些特征都可以在三維模型圖、二維曲線圖上顯示，讓學(xué)生擁有直觀的認(rèn)識。學(xué)生熟悉了軟件，鞏固了基本知識之后，便可以開始項(xiàng)目式教學(xué)。使學(xué)生不僅能夠掌握基本理論知識，而且也為培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生解決工程問題的能力奠定了基礎(chǔ)。

2.2 教學(xué)方式上探索項(xiàng)目式教學(xué)方式

對獨(dú)立院校石油工程專業(yè)的“人才培養(yǎng)方案”均包括“綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析和解決石油工程實(shí)際問題”。在教學(xué)實(shí)踐過程中，通過給定某油藏的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和開發(fā)數(shù)據(jù)，要求學(xué)生完成相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，編制相關(guān)的圖件，培養(yǎng)學(xué)生能夠熟練運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際油藏開發(fā)中的問題的能力。

本校油藏?cái)?shù)值模擬實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程時(shí)間是5周，周學(xué)時(shí)20。時(shí)間集中且較為充裕。將學(xué)生分為不同的小組。每個小組需要完成前期資料整理，數(shù)據(jù)處理，模型建立，方案設(shè)計(jì)，開發(fā)指標(biāo)預(yù)測。教師制定任務(wù)表，每位小組成員的任務(wù)分配由小組成員自己商定，教師定期檢查進(jìn)度，小組最后形成報(bào)告，報(bào)告要求有理有據(jù)，有圖件、數(shù)據(jù)說明。實(shí)踐課程最后安排小組代表面向全班同學(xué)匯報(bào)該組推薦的最優(yōu)方案，由學(xué)生自己評選出最佳方案小組，教師給予點(diǎn)評并適當(dāng)給出獎勵。教學(xué)過程中，由于學(xué)生初次接觸實(shí)際油田開發(fā)，不論是從軟件的角度還是理論知識，問題幾乎每時(shí)每刻都會產(chǎn)生。在解決問題的過程中，因?yàn)樾〗M較多，教師不可能給每個小組解決每個問題。所以教師提供了幾種解決問題的方法：自己嘗試解決軟件問題，網(wǎng)上搜索同類問題，專業(yè)論壇搜索、期刊文獻(xiàn)搜索等一切學(xué)生可以想到的辦法。這樣的過程培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。這樣一種項(xiàng)目式教學(xué)方式，不僅培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力，并且對學(xué)生心理上遇到問題不要退縮，堅(jiān)持嘗試著去解決，最后終于成功所帶來的喜悅會對他們產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在后續(xù)調(diào)查學(xué)生意見反饋的過程中，讓筆者感觸頗深[3]。

如圖1所示，是學(xué)生在筆者給出的地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的開發(fā)方案，設(shè)計(jì)出的井網(wǎng)。并模擬出20年之后的采出程度，含水率等開發(fā)指標(biāo)。在這個實(shí)際油藏開發(fā)方案的設(shè)計(jì)中，學(xué)生會掌握大部分油藏工程理論知識，比如：儲量計(jì)算、油藏非均質(zhì)評價(jià)、開發(fā)層系劃分、面積注水井網(wǎng)以及合理的配產(chǎn)等基本知識點(diǎn)。并且會涵蓋對學(xué)生而言陌生的實(shí)際地質(zhì)資料、實(shí)際開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、基本生產(chǎn)指標(biāo)等數(shù)據(jù)。從圖1可以看出，學(xué)生的方案并不完美，但能在項(xiàng)目式實(shí)踐過程中，對自己所學(xué)知識進(jìn)行應(yīng)用，理論與實(shí)際相結(jié)合，對學(xué)生來說是一種實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

圖1 實(shí)例反九點(diǎn)井網(wǎng)分布圖

另外，實(shí)踐教學(xué)過程中觀察學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時(shí)與學(xué)生交流學(xué)習(xí)難度、接受程度等，根據(jù)具體情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方式。

3 教學(xué)反饋總結(jié)

通過對本校2015級、2016級、2017級石油工程本科專業(yè)進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬仿真實(shí)踐教學(xué)后，部分學(xué)生反饋總結(jié)如下：

(1)在實(shí)踐學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生們遇到了很多的問題，但經(jīng)過反復(fù)思考和不斷檢查，終于找到了原因，也暴露了前期學(xué)生在某些知識方面的欠缺。實(shí)踐才是硬道理。通過自己上手制定開發(fā)方案，使學(xué)生所學(xué)的知識不再只是紙上談兵。

(2)學(xué)生在數(shù)值模擬實(shí)踐學(xué)習(xí)過程中，不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷糾正，不斷理解，最后終于圓滿完成。讓學(xué)生們感到在今后的學(xué)習(xí)或工作過程中，一定要不懈努力，不厭其煩地找出問題，逐個解決。只有這樣堅(jiān)持不懈，才能成功。如果輕易放棄，將永遠(yuǎn)無法收獲成功的快樂。

(3)學(xué)生在回顧模擬實(shí)踐課程過程中，感慨頗多。認(rèn)為從理論到實(shí)踐，整個過程是苦多于甜，困難重重，可喜的是最終都得到了解決，并且學(xué)到很多很多的東西。不僅可以鞏固以前學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多書本上沒有的知識。通過數(shù)值模擬實(shí)踐課程，讓學(xué)生領(lǐng)悟到，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。只有將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，才能提高學(xué)生的實(shí)踐能力和獨(dú)立思考能力。

(4)學(xué)生表示，仿真實(shí)踐課程也讓他們明白了思路即出路。有不懂不明白的地方要及時(shí)請教老師或者網(wǎng)上查詢，專業(yè)論壇、期刊文獻(xiàn)等都是可以解決問題的途徑。只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。

4 結(jié)語

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革是民辦高校教學(xué)改革的核心。油藏?cái)?shù)值模擬是油藏工程與計(jì)算機(jī)程序相結(jié)合，預(yù)測各種生產(chǎn)條件下油藏動態(tài)的有效工具。它已成為油田開發(fā)方案的編制和確定、油田開發(fā)過程中生產(chǎn)措施的調(diào)整和優(yōu)化、提高油藏采收率不可或缺的主要研究手段。油藏?cái)?shù)值模擬仿真實(shí)踐教學(xué)與油藏工程課程體系銜接，增強(qiáng)理論與實(shí)際工程的聯(lián)系，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的提高。同時(shí)，油藏?cái)?shù)值模擬軟件的學(xué)習(xí)是專業(yè)發(fā)展的需要，是以市場需求為導(dǎo)向，以職業(yè)崗位為基點(diǎn)，將理論課程體系與職業(yè)技能課程體系相結(jié)合，將教學(xué)重點(diǎn)從傳授知識為主轉(zhuǎn)向培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力為主，以實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)改革的實(shí)踐轉(zhuǎn)型。