結合“試井分析”實現“數值分析”案例式教學改革

陳巖　張濤

摘 要 “數值分析”和“試井分析”是油氣田開發專業的重要專業課。本文基于“試井分析”課程內容和課程特點，抓住油氣田開發專業的特點和重點，采用理論結合實際油田生產科研問題方式，將“試井分析”有機的引入到“數值分析”課程的教學中，據此探討“數值分析”課程案例式創新性教學改革，加強學科之間的交融，提高學生解決實際油田問題的能力。

關鍵詞 試井分析 數值分析 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.09.045

Combination of “Well Test Analysis” to Realize the Case Teaching

Reform of “Numerical Analysis”

CHEN Yan， ZHANG Tao

（School of Information and Mathematics， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract “Numerical analysis” and “well test analysis” are important specialized courses in oil and gas field development. This paper is based on "test analysis" course content and course characteristics， grasp the characteristics and key professional development of oil and gas fields， by combining the theory with the actual oil production problems， the “well test analysis” is introduced to the organic “numerical analysis"teaching， to explore the “numerical analysis” curriculum innovation case teaching reform accordingly. Strengthen the integration between disciplines， improve the students' ability to solve practical problems in oil field.

Keywords well test analysis； data analysis； teaching reform

“十三五”時期，世界科技創新呈現新趨勢，國內經濟社會發展進入新常態。全球新一輪科技革命和產業變革蓄勢待發。科學技術從微觀到宏觀各個尺度向縱深演進，學科多點突破、交叉融合趨勢日益明顯。在國家“十三五”倡導科技創新的背景下，提高教育質量作為“十三五”的一個重要的主題提出來了，旨在提高當代大學生和研究生的人文素質和技術素質，以適應經濟發展的新常態。數值分析[1]在計算型學科體系中占據著特殊地位，其教學質量的好壞直接影響其專業課學習的深度，亦影響學生的培養質量。

“試井分析”課程[2]是油氣田開發專業基礎課之一， 是培養高水平試井解釋人才的重要專業理論課程，其課程教學質量對培養高品質油氣田開發人才至關重要。該課程較為全面系統的闡述了單相流及多相流條件下油井、氣井的穩定及不穩定試井分析基本理論與方法，主要包括油井、氣井及油氣兩相流井產能試井分析方法等內容，該課程里面涉及很多數值分析的教學內容，如何與數值分析的教學相結合就顯得非常重要，這也是培養高質量試井解釋人才的重中之重。

本文針對數值分析教學目標，結合油氣田開發專業特點，通過“試井分析”課程中的基本內容低滲壓敏均質油藏試井解釋模型作為案例，講解在數值分析的教學中如何滲透專業背景知識，使得數值分析易于被油氣田開發學生吸收，有利于“數值分析”與“試井分析”知識的交叉融匯，也作為高質量人才培養的一個思路。[3-9]

1 數值分析教學中存在的問題

數值分析也叫數值計算方法，其實用性較強，為實際計算問題提供了較好的理論和方法，對于復雜方程組和大型矩陣計算必須借助計算機方可實現。雖然數值分析課程改革方面取得了一些成績，但是其教學仍面臨一系列問題：

（1）數值分析的課程體系仍然重理論輕實踐，只注重解題方法與技巧的訓練，使得學生對于數值分析應用載體的認知不夠，無法發現其應用價值。

（2）教學內容與專業脫節，缺少具有專業背景的相關例題和應用案例，使得教學枯燥，學生很難產生學習興趣，影響后續專業課程的學習。

（3）教學側重點未結合專業特點，使得學生無法形成有效的知識儲備，很難構建較好的知識結構體系，不利于后期創新能力的培養，影響學生的專業技能。

（4）教學手段和方法單一，師生互動較少，新技術融入不夠，現代科技優勢未發揮出來。

（5）理論與實際未有機結合，缺少應用實踐平臺，導致學生解決實際問題的能力不強，創新意識和創新能力不足，不能滿足社會發展對高質量人才的需求。

所以，老師有必要了解專業背景知識，并有機的將專業相關的案例運用到數值分析教學中，這樣才可以取得良好的授課效果和學習效果，為培養新時代高質量人才提供了一個思路。

2 數值分析教學中運用“試井分析”課程的典型教學案例

以講解有限差分為例，講解完基本理論和公式推導后，為了加深學生的理解，選取“試井分析”課程中的內容——低滲壓敏均質油藏試井解釋模型作為案例。endprint

低滲壓敏均質油藏試井解釋模型的無因次滲流方程：

（1）

初始條件： （2）

內邊界條件： （3）

外邊界條件： （4）

無窮大： （5）

圓形定壓： （6）

圓形封閉： （7）

方程（1）～（7）即構成了低滲壓敏單一介質油藏的無因次試井解釋模型。

有限差分法的基本思想是先把問題的定義域進行網格剖分，然后在網格點上，按適當的數值微分公式把定解問題中的微商換成差商，從而把原問題離散化為差分格式，進而求出數值解，在VS2010或者C++中編程實現該算法即可求解該模型。

（1）i=l時

（8）

（2）1

（9）

（3）i=N時

若為封閉邊界：

（10）

若為定壓邊界：

（11）

其中，

無因次井底流壓： （12）

式中， —無因次徑向半徑； wD—無因次井筒半徑；—無因次邊界半徑；—表皮系數，無量綱；—開井生產時間；—無因次壓力；PwD—無因次井底壓力； -無因次啟動壓力梯度；-無因次井儲系數；-無因次壓敏系數。

3 數值分析課程案例式教學改革方案

數值分析課程涉及內容較多，在有限的課時內既要傳授基本理論，又要使學生有效知識儲備最大化，必須進行案例式教學改革，促進學科之間的滲透與交叉。

（1）制定與專業培養目標相適應的教學大綱和教學方案。長江大學數值分析課程主要面對石油專業研究生的教學，培養的研究生就業主要面向石油、石化領域，這就要求課程教學大綱必須與石油專業的特點結合，以有效解決石油專業中的計算問題。

（2）選擇適合專業培養的教材和參考書。目前關于數值分析的教材和參考書很多，根據石油專業的特點，選擇相應的參考書，達到因材施教的目的。長江大學數學學院根據多年授課的經驗，2001年編寫了適合工科研究生的數值計算方法教材，適當淡化數學理論證明，重點培養學生的計算能力，根據不同專業特點對講授內容的側重點進行分類。

（3）加強數值軟件教學。數值計算方法的求解相對較復雜，必須借助數學軟件在計算機上實現，這就要求學生掌握數學軟件的基本原理和操作步驟，結合石油專業的特點，對于較復雜的數學模型，必須采用編程實現，可以適當引導學生加強編程能力的培養。

（4）注重加強數值分析課程的教學團隊建設。我校數學學院一直以來十分重視研究生數值分析的教學，根據石油專業的特點，專門配備了具有石油專業教育背景的高學歷、高職稱教師，目前擁有具有石油開發教育背景的博士兩名，具有鉆井教育背景的博士副教授兩名，具有物探教育背景的副教授一名，具有地質教育背景博士一名，年輕富有活力，并且定期組織教學方法和教材內容探討，主要是針對案例式教學改革。

（5）教學檢查和質量評估。定期組織學生對教學效果進行評價，結合學生的反饋意見，組織教學團隊進行研討，并提出改進意見，為進一步提高數值分析教學質量打下良好的基礎。

4 結語

本文結合石油專業課程“試井分析”課程的專業背景，應用于數值分析課程案例式教學改革的嘗試，改變單一課程授課模式，加強學科之間的交叉與滲透，使得枯燥乏味的理論知識可以很好的與實際結合，不僅激發了學生的學習興趣，而且大大提高了學生學習的效率，對于學生構建較好的知識結構提供了一個更好的思路，實現了數值分析的教學從傳統模式向專業性人才培養的現代化教學模式的過渡，建立更加科學、符合實際、有利于石油類高質量人才培養的多元課程體系。

基金項目：湖北高校省級教學研究項目：基于SPOC理念的高等數學教學模式探索與實踐（2016275）

參考文獻

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