“碳中和”背景下油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)教學(xué)探究

摘要：“油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)”課程是西安石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)限選課程之一。在油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)教學(xué)中，引入“碳中和”的概念，CCUS兼顧能源與環(huán)境兩大主題，是實(shí)現(xiàn)碳減排的最優(yōu)選擇，CCUS也是解決我國(guó)發(fā)展中減碳的必要手段。因此，在“油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)”教學(xué)中，為實(shí)現(xiàn)減碳降碳和綠色可持續(xù)發(fā)展，必須在人才培養(yǎng)過(guò)程中強(qiáng)化“碳中和”理念，通過(guò)學(xué)科交叉滲透，突破傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)界限，并吸收當(dāng)代學(xué)術(shù)新思想，豐富本課程教學(xué)內(nèi)容，拓展油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：碳中和;儲(chǔ)層保護(hù);教學(xué)改革

高等院校專(zhuān)業(yè)的改革和發(fā)展，都應(yīng)圍繞國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略布局，確保高校的人才培養(yǎng)和社會(huì)需求不脫節(jié)，才能更有效地促進(jìn)“碳中和”目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)?！坝蜌鈨?chǔ)層保護(hù)技術(shù)”是近30年來(lái)出現(xiàn)的新興學(xué)科，它是石油工程與技術(shù)的科學(xué)化、系統(tǒng)化的重要標(biāo)志。它以最大程度提高油氣產(chǎn)量和最終采收率為基本目標(biāo)，逐漸成長(zhǎng)為新興綜合學(xué)術(shù)與技術(shù)方向。

“油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)”課程是應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)限選課程之一。設(shè)立此課程的目的是讓學(xué)生及時(shí)了解鉆井、完井、增產(chǎn)改造、采油、提高采收率［1］等作業(yè)全過(guò)程中每個(gè)階段的儲(chǔ)層損害與保護(hù)理論及技術(shù)的基本原理、實(shí)驗(yàn)方法、研究思路和最新進(jìn)展［2］，逐步確立系統(tǒng)思維方式、系統(tǒng)工程和可持續(xù)發(fā)展理念，綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)有效解決各種作業(yè)環(huán)節(jié)中的復(fù)雜工程問(wèn)題和油氣層損害問(wèn)題［3］，在將來(lái)工作中為使用并發(fā)展儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。從目前教學(xué)內(nèi)容可以看出，油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)課程缺乏“碳中和”相關(guān)內(nèi)容，而碳中和與儲(chǔ)層保護(hù)又息息相關(guān)。本文通過(guò)“油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)”的教學(xué)實(shí)施發(fā)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)減碳降碳和綠色可持續(xù)發(fā)展，必須在人才培養(yǎng)過(guò)程中強(qiáng)化“碳中和”理念，通過(guò)學(xué)科交叉滲透，突破傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)界限，吸收當(dāng)代學(xué)術(shù)新思想，豐富本課程教學(xué)的內(nèi)容，拓展油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程的領(lǐng)域。

1“碳中和”油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)教學(xué)改革研究背景CCS（Carbon Capture and Storage）指碳捕捉和封存，是把二氧化碳從工業(yè)或相關(guān)能源的源頭分離出來(lái)，輸送到一個(gè)封存地點(diǎn)，并且長(zhǎng)期與大氣隔絕的一個(gè)過(guò)程。CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）指碳捕獲、利用與封存［4］。CCUS技術(shù)是CCS技術(shù)的革新，即把生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳進(jìn)行提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過(guò)程中，可以循環(huán)再利用，而不是簡(jiǎn)單地封存。與CCS相比，CCUS技術(shù)可以將二氧化碳資源化，能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，更具有現(xiàn)實(shí)操作性。CCUS主要分為3類(lèi)，分別是地質(zhì)利用與封存（CGUS）、化工利用與封存（CGUS）、生物利用與封存（CBUS）［5］。盡管我們的最終目的是利用CCS實(shí)現(xiàn)減碳目的，但是這樣卻沒(méi)有經(jīng)濟(jì)回報(bào)，因而，如今有越來(lái)越多的專(zhuān)家主張先采用CCUS，之后再使用CCS。

二氧化碳驅(qū)油，是一種把二氧化碳注入油層中以提高油田采收率的技術(shù)［6］。在二氧化碳與地層原油初次接觸時(shí)并不能形成混相，但在合適的壓力、溫度和原油組分的條件下，二氧化碳可以形成混相前緣。超臨界流體將從原油中萃取出較重的碳?xì)浠衔铮⒉粩嗍跪?qū)體前緣的氣體濃縮。于是，二氧化碳和原油就變成混相的液體，形成單一液相，從而可以有效地將地層原油驅(qū)替到生產(chǎn)井。二氧化碳驅(qū)油一般可將原油采收率提高7%～15%，延長(zhǎng)油井生產(chǎn)壽命15～20年。二氧化碳驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)方面實(shí)現(xiàn)雙贏的有效辦法，實(shí)現(xiàn)溫室氣體的資源化利用并提高油氣采收率的前景可期。國(guó)內(nèi)外大量的研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用已經(jīng)證明，向油層中注入二氧化碳混相驅(qū)或非混相驅(qū)能夠大幅度提高采收率。根據(jù)1998年《中國(guó)陸上已開(kāi)發(fā)油田提高采收率第二次潛力評(píng)價(jià)及發(fā)展戰(zhàn)略研究》的結(jié)果，僅在參與評(píng)價(jià)的79.9億t常規(guī)稀油油田儲(chǔ)量中，適合二氧化碳驅(qū)的原油儲(chǔ)量約為12.3億t。另外我國(guó)現(xiàn)已探明的63.2億t低滲透油藏儲(chǔ)量，尚有50%左右未動(dòng)用。開(kāi)發(fā)這些儲(chǔ)量，二氧化碳驅(qū)油比水驅(qū)油具有明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，二氧化碳在提高稠油油藏采收率、提高煤層氣和天然氣采收率領(lǐng)域也具有很好的應(yīng)用前景。

2“碳中和”油氣儲(chǔ)層保護(hù)教學(xué)改革的方法及主要特色2.1聚焦碳中和行業(yè)前沿，強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)技能培養(yǎng)

首先，要在專(zhuān)業(yè)教育中引入最前沿的行業(yè)技術(shù)。通常來(lái)講，教育教材、圖書(shū)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)具有一定的滯后性，主要是一些基礎(chǔ)性、被廣泛認(rèn)可的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，與當(dāng)下行業(yè)最前沿的技術(shù)技能有較大差距。因此就需要教師在對(duì)教材進(jìn)行充分挖掘的基礎(chǔ)上，將行業(yè)中最新的科技發(fā)展以及前沿的科學(xué)研究融入專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，逐步在專(zhuān)業(yè)技能傳授過(guò)程中滲透。例如，在課程的教學(xué)過(guò)程中，在適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)向?qū)W生介紹CO2捕集的前沿科技，如利用富鈣鎂濃海水捕集利用CO2時(shí)使用多級(jí)沉淀法，新型離子液體CO2捕集劑的研發(fā)，油田中CO2驅(qū)油技術(shù)，開(kāi)發(fā)CO2基綠色塑料，將CO2直接還原為碳單質(zhì)產(chǎn)物等。再者，如碳納米管和石墨烯以及由工業(yè)煙道氣生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品等。

其次，在化工教育中滲透最新“碳達(dá)峰”和“碳中和”政策及解讀，讓學(xué)生緊跟國(guó)家政策?！疤歼_(dá)峰”和“碳中和”是我國(guó)未來(lái)20年生態(tài)文明建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)，國(guó)家將持續(xù)地制定各種政策來(lái)引導(dǎo)和規(guī)范高耗能高排放的行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。在緒論或者專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論中引入相關(guān)“碳中和”政策的介紹，將“碳中和”的理念貫徹到整個(gè)課程的總體脈絡(luò)中，一方面可以使課程條理性和邏輯性更強(qiáng)，另一方面亦可提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)認(rèn)同感以及對(duì)未來(lái)行業(yè)發(fā)展的認(rèn)識(shí)。這些教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)方面都可以滲透“碳中和”教育的思想，通過(guò)與一些實(shí)際的油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行結(jié)合，可以讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)迅速地掌握一些新理念和技術(shù)。

2.2借鑒先進(jìn)教學(xué)理念，強(qiáng)化職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)，提升實(shí)踐教學(xué)建設(shè)在碳中和時(shí)代，油田開(kāi)發(fā)行業(yè)的生產(chǎn)將更加復(fù)雜化、綠色化、智能化。這個(gè)時(shí)代的生產(chǎn)方式對(duì)化工行業(yè)應(yīng)用型人才所需要的能力結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。人才的培養(yǎng)也需要與新背景下的生產(chǎn)方式相適應(yīng)。

碳中和背景下，設(shè)計(jì)一套適宜的油氣儲(chǔ)層保護(hù)實(shí)驗(yàn)，例如設(shè)計(jì)一套二氧化碳驅(qū)油提高采收率實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定洗油效率，評(píng)價(jià)儲(chǔ)層傷害的大小、二氧化碳的殘留量及封存效果，使學(xué)生對(duì)碳中和有更為深刻的認(rèn)識(shí)。

在一些應(yīng)用性、實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程或者章節(jié)中可以借鑒德國(guó)職業(yè)教育中的行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法開(kāi)展教育。其教學(xué)過(guò)程可分為目標(biāo)、方案、決策、實(shí)施、控制和評(píng)價(jià)6個(gè)階段。首先，將實(shí)際的工作任務(wù)引入課程內(nèi)容，然后，在完成教師布置任務(wù)的過(guò)程中，學(xué)生模擬實(shí)際工作過(guò)程，進(jìn)行小組討論并且制定詳細(xì)的任務(wù)方案。接著，教師批準(zhǔn)可行的方案，對(duì)現(xiàn)有條件無(wú)法開(kāi)展的方案進(jìn)行調(diào)整，再讓學(xué)生重新進(jìn)行討論修改，直至可行為止。方案確定可行后，學(xué)生小組通過(guò)教師的討論確定實(shí)施細(xì)節(jié)，實(shí)施細(xì)節(jié)要具體到何人何時(shí)借助何種媒體做何事。接下來(lái)，學(xué)生按照詳細(xì)的實(shí)施細(xì)節(jié)對(duì)任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行執(zhí)行，執(zhí)行可以根據(jù)詳細(xì)的實(shí)施細(xì)節(jié)進(jìn)行分工協(xié)作。在計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中，教師將對(duì)每一個(gè)小組的任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行檢查，控制任務(wù)的進(jìn)程和質(zhì)量。各個(gè)小組根據(jù)工作任務(wù)實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題適當(dāng)?shù)卣{(diào)整工作進(jìn)度、安排、計(jì)劃，以求按時(shí)保質(zhì)保量地完成任務(wù)。最后，教師和學(xué)生共同檢查項(xiàng)目的結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)以及產(chǎn)品的質(zhì)量要求。在檢測(cè)的基礎(chǔ)上，教師和學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，師生一起找出糾正偏差的方法和缺陷存在的原因。

2.3開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在碳中和教育的過(guò)程中，課堂教學(xué)是主要的方式。然而，課后積極開(kāi)展一些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，能為課堂教學(xué)進(jìn)行有效補(bǔ)充。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育具有教育時(shí)間的靈活性、自由性以及形式的多樣性，更符合當(dāng)前學(xué)生的需求。由于本科階段學(xué)生專(zhuān)業(yè)水平有限，難以取得對(duì)科學(xué)和工程貢獻(xiàn)較大的成果。設(shè)置創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目可以以“碳中和”為項(xiàng)目背景，學(xué)生在應(yīng)用層面通過(guò)設(shè)計(jì)可行的工藝過(guò)程來(lái)降低生產(chǎn)成本、降低生產(chǎn)能耗以及生產(chǎn)過(guò)程的碳排放。這些屬于創(chuàng)新的范疇，而且能夠?qū)崒?shí)在在運(yùn)用到“碳中和”的技術(shù)革新中。

2.4舉辦專(zhuān)題知識(shí)查閱與作業(yè)，強(qiáng)化跨學(xué)科交流

整個(gè)“碳中和”產(chǎn)業(yè)需要多學(xué)科交叉的復(fù)合型人才，在學(xué)校的日常教學(xué)中，需要注重與碳中和相關(guān)思政課程的引入，可以通過(guò)向?qū)W生講授與碳中和相關(guān)的最新發(fā)展信息以及科學(xué)趣聞，對(duì)學(xué)生的知識(shí)面進(jìn)行有效的擴(kuò)展。學(xué)校和學(xué)院可以組織“碳達(dá)峰”和“碳中和”的政策解讀以及最新科技進(jìn)展。同時(shí)，“碳中和”不只涉及應(yīng)用化學(xué)學(xué)科，全部學(xué)科都應(yīng)關(guān)注。采取布置一些“碳中和”相關(guān)作業(yè)題目，能夠在一定程度上激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)碳中和的知識(shí)和政策，促進(jìn)學(xué)科間的互通共融，使其在潛移默化中提升學(xué)生各學(xué)科綠色工程意識(shí)，培養(yǎng)多學(xué)科交叉的復(fù)合型應(yīng)用人才。

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基金項(xiàng)目：西安石油大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目：“碳中和”背景下油氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)改革研究（JGYB202330）

作者簡(jiǎn)介：陳世軍，男，湖北恩施人，副教授，博士研究生，研究方向：油氣儲(chǔ)層保護(hù)與新型油田化學(xué)劑的研發(fā)。