一體化油田化學特色實驗平臺搭建及實施效果

黃維安，王業飛，呂開河，劉德新，徐加放，曹 杰，任 熵

（中國石油大學（華東）石油工程學院，山東 青島 266580）

隨著經濟全球化、科學技術進步、高等教育大眾化的發展以及就業方式的變革，高等教育理念的內涵和外延均在不斷地豐富和發展，并且在石油工程專業大學生的培養中賦予了特殊的含義［1－5］，“以學生為本，創新能力、工程實踐能力培養，素質提高、協調發展”的教育理念始終體現在石油工程專業學生培養中［6］。油田化學為化學與油氣田勘探開發技術結合的研究方向，涉及無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、膠體與表面化學等化學知識和地質、鉆井、采油、滲流力學等專業或學科，油田化學方向課程體系對于石油工程專業學生知識結構完善，創新能力、工程實踐能力培養具有極重要作用。在多年的油田化學方向實驗教學中，逐步形成了“以創新能力、工程實踐能力培養為核心”的實驗教學觀念［7］，以此觀念為指導，通過多年努力，搭建了教學、科研一體化油田化學特色創新實驗平臺，并在石油工程專業大學生、研究生培養，師資隊伍建設、學科建設等方面發揮了積極作用，取得了顯著效果。

1 搭建油田化學特色創新實驗平臺的背景及出發點

1.1 油田化學實驗教學存在的主要問題

油田化學方向主要承擔的實驗教學任務有省級精品課“油田化學”以及“化學原理Ⅱ”、“鉆井液工藝原理”的實驗教學，以前受教育理念和實驗條件限制，開設的實驗項目主要以驗證性實驗為主，偏向于化學學科，與石油工程勘探開發技術新進展結合不緊密，不利于學生創新能力和工程實踐能力的培養。例如，“油田化學”課程開設的實驗項目主要有：

（1）常用API儀器的使用；

（2）六速旋轉粘度計測泥漿的流變曲線；

（3）鈣侵及處理；

（4）固相含量的測定；

（5）膨潤土含量的測定；

（6）堿在原油乳化中的作用；

（7）堵水劑的制備與性質；

（8）金屬的緩蝕；

（9）絮凝劑在污水處理中的應用。

其中，常用API儀器的使用、六速旋轉粘度計測泥漿的流變曲線、鈣侵及處理、固相含量的測定和膨潤土含量的測定主要為驗證性實驗，金屬的緩蝕與大學化學實驗有交叉，堿在原油乳化中的作用、堵水劑的制備與性質、絮凝劑在污水處理中的應用與油田三次采油及油田污水處理技術有一定結合，但主要是定性的檢驗性實驗，與學生將來從事的油田化學領域生產和研究工作相差較遠。“化學原理Ⅱ”和“鉆井液工藝原理”課程也存在類似的問題。因此，有必要開展油田化學方向實驗教學改革，以實驗項目更新為出發點，以建設實驗平臺為保障，以實驗開出率為落腳點，以提高學生創新能力和工程實踐能力為最終目標。然而，每一項新實驗項目的推出，需要編制實驗講義、培訓實驗教師、制定實驗規程，更重要的是需要購置實驗裝置、搭建實驗平臺。特別是，具有創新性、設計性、綜合性的三性實驗項目，涉及的實驗儀器往往是高精尖或綜合模擬實驗裝置，實驗中心或學校基本教學投入均不能滿足購置儀器所需的經費。

另一方面，油田化學方向的生產實習與實踐目前主要融合在鉆井、采油、油藏3個方向中，有時流于形式，存在“走馬觀花”現象，該方向實習效果不理想；畢業設計存在“閉門造車”或者簡單拼湊模仿，創新性不足。

1.2 改革油田化學實驗教學的主要措施

油田化學方向研究生導師反映，招收的新一屆研究生進入實驗室后的適應較慢，對實驗方案的理解、對實驗儀器的正確操作、對實驗現象的敏銳程度、對實驗數據分析的準確性幾方面均需要進一步培養才能承擔部分實驗研究任務，認為學生在大學階段的實驗技能、創新能力和工程實踐能力需要加強。而且，科研實驗室儀器的使用依據不同研究課題，使用率參差不齊，使用時間具有機動性，有的儀器甚至利用率偏低。

鑒于以上3個方面的因素，我們提出并制定了教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺搭建的措施，其出發點主要如下：

（1）增加創新性、設計性、綜合性實驗項目，增強本科生創新能力、工程實踐能力培養；

（2）為開展大學生創新創業訓練計劃提供平臺，鼓勵本科生積極參與課外科技創新活動；

（3）提供必要的實驗操作技能、專業技能和專業實訓，夯實基礎，提高就業競爭力；

（4）為教師科研工作提供聯合實驗平臺，提升實驗手段，特別是為青年教師的科研啟動提供輔助；

（5）整合教學科研資源，節約教學投入，提高科研實驗室儀器利用率。

2 油田化學特色創新實驗平臺的搭建

基于“以學生為中心，以創新能力、工程實踐能力培養為核心”的實驗實踐教學理念，結合我國高校現狀的分析和國外教學成果經驗的研究，針對石油工程專業創新人才培養需要，提出搭建油田化學特色創新實驗平臺，并針對創新實驗平臺各層次功能，搭建多元化實驗實踐平臺，主要包含以下3個層次。

2.1 本科生“四性”教學創新實驗平臺

首先，為滿足油田化學方向課程實驗實踐教學需要，搭建第一層次創新實驗平臺。通過搭建本科生“四性”教學創新實驗平臺，既保證理論教學驗證性實驗開設，又滿足創新性、設計性、綜合性的實驗需要。主要立足于實驗室現有場所、實驗儀器、器皿和藥品的條件，通過學生、實驗教師和理論教學教師群策群力對實驗項目進行改進，對實驗儀器進行組合、完善。例如，王增寶老師通過理論分析各種試劑的溶解性隨溫度、壓力、濃度的變化關系和大量復配實驗，實現了液－液三組分相圖實驗的綠色化。

2.2 本科生創新創業訓練創新實驗平臺

每一項本科生創新創業訓練計劃均有課外指導教師或實驗教學教師指導。為滿足油田化學方向本科生創新創業訓練需要，搭建第二層次創新實驗平臺，主要滿足各種級別、類型本科生創新創業訓練需要。這個層次的油田化學創新實驗平臺主要通過將教學實驗室平臺與部分科研實驗平臺結合的方式搭建起來。教學實驗室平臺為本科生創新創業訓練提供部分實施場所，并用于簡單、基礎性測試；科研實驗平臺為本科生創新創業訓練提供樣品合成、制備條件，高精尖儀器設備和模擬裝置，用于化學劑、工作液的表征、評價和機理分析。例如，通過引入工作液驅替可視化模擬裝置（見圖1和圖2），大大提升了學生對工作液軀替過程的了解和作用機理的認識。

圖1 工作液驅替可視化模擬裝置

圖2 工作液驅替可視化模型

2.3 研究生實訓與研究創新實驗平臺

隨著全日制專業碩士研究生招生規模的擴大，對他們校內實訓的規范化成為目前研究生培養中的重大難題之一，特別是油田化學方向涉及實驗研究或驗證，實訓場所、實驗儀器購置經費等均很難及時落實。為滿足全日制專業碩士研究生校內實訓需要，我們創造性搭建了教學科研一體化研究生實訓與研究創新實驗平臺，以科研實驗室為主、教學實驗室為輔。例如，通過引入鉆井液完井液研究室的鉆井液循環及淺層井壁穩定模擬實驗裝置（見圖3），有效支持了2012級石油與天然氣工程專業全日制專業碩士研究生鉆井液優化設計校內實訓，碩士生對鉆井液循環流程、井下環境下的井壁穩定評價方法有了充分了解，并參與實驗操作。通過引入調剖堵水綜合模擬實驗裝置（見圖4），碩士生對調剖封堵過程、調剖機理，工作液滲流路徑以及油井堵水原理有了充分認識，并掌握了該設備的操作流程。

圖3 鉆井液循環及淺層井壁穩定模擬實驗裝置

圖4 調剖堵水綜合模擬實驗裝置

2.4 科學研究創新實驗平臺

由于油田化學為化學與石油工程的結合，涉及多個學科，面臨的油田化學問題眾多，目前構筑團結協作的大型科研團隊的工作正在實施中，還是以單兵團作戰的局面為主，然而科研中需要用到的實驗手段較多，“單兵團”很難建立完備的實驗平臺。為此，油田化學方向將科研團隊之間實驗條件、設備資源進行整合與共享，搭建了科學研究創新實驗平臺。各研究團隊之間可以相互共享高精尖儀器和能進行現場工況條件下實驗的各種模擬設備（見圖5），大大改善了油田化學方向科研實驗條件，提升了科研項目完成能力和獲取高級項目的支持率，提高了整體科研水平。

圖5 油田化學特色科學研究創新實驗平臺儀器

3 油田化學特色創新實驗平臺的運行機制

管理，是一切組織正常發揮作用的前提，任何一個有組織的集體活動，不論其性質如何，都只有在管理者對它加以管理的條件下，才能按照所要求的方向進行［8－12］。管理在創新平臺的搭建和發展過程中，具有同樣重要的地位和作用。然而，現階段的油田化學特色創新實驗平臺與國家倡導的實體化高校的創新平臺有所區別，目前主要實現了科研對教學的輔助、補充，科研團隊之間實驗條件、設備資源的共享，教學對科研的積極作用主要體現在對油田化學方向碩士、博士研究生的生源質量的提高，對教師、特別是青年教師研究思路的拓展。油田化學特色創新實驗平臺的搭建模式決定了其特殊的運行機制，目前為保證該平臺良性運行，在油田化學方向教學科研中發揮積極作用，主要制定了以下措施：

（1）創新實驗平臺運行基本保障措施。由油田化學系主管科研、人事的主任牽頭，系里各研究團隊一起簽訂實驗儀器共享協議，通過加強領導和發揮大家的協作精神，確保創新實驗平臺高質量搭建起來。

（2）創新實驗平臺公平運行措施。科研實驗室對教學的輔助作用主要為義務性行為，教師參與指導實驗教學或創新創業訓練項目指導的，部分貢獻可以體現在實踐環節教學工作量中；各研究團隊之間的儀器共享公平性主要用內部測試計費來體現和衡量。

（3）創新實驗平臺日常運行保障措施。創新實驗平臺內的教學實驗條件主要由實驗中心教師維護，參與共享的科研實驗條件由各研究團隊自行維護；各研究團隊之間的協作主要遵行簽訂的協議，異議由主管系主任協調，或提交系教職工會議協商。

4 實施效果

針對油田化學方向教學、科研的特殊性，為滿足石油工程專業本科生、研究生創新能力、工程實踐能力培養以及科學研究、師資隊伍建設需要，我們創造性提出并實施了“教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺的搭建”，經過多年的運作和完善，在教學、科研、師資隊伍建設、學科建設中發揮了積極作用。其效果可以歸納為以下幾個方面。

4.1 本科實驗實踐教學方面

通過實施改革，搭建教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺，促進并保障了本科實驗實踐環節教學工作：

（1）油田化學方向目前實驗項目中，創新性、設計性、綜合性實驗占到90%，并且開出率100%，有力保障了石油工程卓越班創新模塊課程的開設。

（2）油田化學方向承擔了我校大量大學生創新創業訓練計劃，特別是國家級和校級計劃，2013年油田化學方向承擔了石油工程學院一半的國家級大學生創新創業訓練計劃。學生王東英負責的“非均質油藏井網注采參數優化的可視化模擬驅替實驗”獲2013年中國本科生創新性實驗競賽優秀成果二等獎。

4.2 研究生實訓與研究方面

（1）通過搭建教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺，在新增油田化學方向校內實訓模塊的第一年，就順利完成了2012級全日制石油與天然氣工程專業碩士生校內實訓。

（2）教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺促進了油田化學方向研究生高水平科研論文的發表，統計表明，近年來油田化學方向研究生發表的高影響因子SCI論文位于全院、乃至全校前茅，油田化學方向研究生每年都能獲得校、院優秀論文獎。

4.3 師資隊伍建設與學科建設方面

依托教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺，油田化學方向近年在師資隊伍建設與學科建設方面取得較顯著成績：近5年油田化學方向獲得國家科技進步二等獎2項，省部級一等獎6項，1人獲得中國青年科技發明獎，2人獲山東省有突出貢獻中青年專家，1人入選教育部新世紀優秀人才支持計劃；來我系工作的青年教師，均在3年內獲得國家自然科學基金支持；油田化學方向教師為我校僅有的2個教育部創新團隊“海洋油氣井鉆完井理論與工程”和“復雜油藏開發和提高采收率的理論與技術”團隊的骨干成員。

5 結束語

實踐表明，搭建的“教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺”，在石油工程專業本科生、研究生的創新能力、工程實踐能力培養方面，油田化學方向師資隊伍建設，油氣井工程學科及油氣田開發工程學科建設方面，均發揮了積極作用。提高了學生的創新意識、團隊協作精神、自主學習能力、實踐動手能力、創新能力，提升了油田化學方向教職工的科研水平，促進了師資隊伍建設和油氣井工程學科、油氣田開發工程學科發展。我們將進一步穩定、完善油田化學特色創新實驗平臺。但同時，教學科研一體化油田化學特色創新實驗平臺運行中也暴露出儀器使用沖突、科研與教學未能協同發展、管理不夠專業化和制度化等一些問題［13－14］，有的問題是平臺搭建形式決定的。為此，我們呼吁建設更高層次的創新實驗平臺，并加強創新實驗平臺的規模化、實體化、獨立化以及管理的規范化工作，在大學生培養、師資隊伍建設、學科建設以至學校發展中發揮更大的作用。

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［1］張德英.國家科技基礎平臺與創新體系建設的思索［J］.科學管理研究，2007（8）：52－55.

［2］李志生，李冬梅.理工科學生課外科技創新活動中創新能力培養的探索［J］.高等教育研究，2007（7）：5－6.

［3］周仲魁.構建大學生科技創新活動體系的探索與實踐［J］.華東理工學院學報：社會科學版，2007（1）：32－34.

［4］葉曉勤.工科高校大學生科技創新活動的實踐和思考［J］.成功：教育，2011（12）：5－6.

［5］劉學忠.大學生創新精神與創新能力的培養路徑［J］.教育研究，2008（1）：103－105.

［6］馮其紅，胡偉，戰永平.石油工程專業大學生工程實踐與創新能力培養途徑改革［J］.實驗技術與管理，2012，29（12）：16－19.

［7］戰永平，曲占慶，陳德春，等.壓裂、酸化實驗教學實訓平臺的建設［J］.實驗室科學，2011（4）：160－163.

［8］張啟翔.關于高校科技創新能力建設的若干思考［J］.中國林業教育，2008（1）：28－31.

［9］鄔備民.高校科技創新平臺建設若干問題探討［J］.研究與發展管理，2011，23（3）：130－133.

［10］蔣盛益，姜靈敏.大學生創新平臺建設的思考與實踐［J］.廣東外語外貿大學學報，2010（3）：98－101.

［11］王正勇，孫建林，張生果.電子創新實驗室的構建［J］.實驗技術與管理，2008，25（4）：126－128.

［12］張偉，辛智俊，張偉（小），等.大學生實踐與創新平臺建設與管理實踐探索［J］.內蒙古師范大學學報：教育科學版，2011（7）：140－143.

［13］駱丹，華小梅，宋浩.高校科技創新平臺建設的幾點思考［J］.中國電力教育，2007（9）：20－22.

［14］闕璧君.加強高校科技創新平臺建設，推動創新人才培養［J］.龍巖學院學報，2009（6）：114－116.