勘查技術與工程專業測井生產實習虛擬仿真實驗項目建設初探

賴富強 譚先鋒 黃兆輝 何加成 朱章雄 汪佳蓓

摘 要 為切實提高勘查技術與工程專業學生實踐創新能力培養，虛擬仿真實驗項目的建設和教學實施越來越受重視。本文以勘查技術與工程專業測井生產實習虛擬仿真項目建設為例，探索和闡述了生產實習虛擬仿真項目建設的意義、需要具備的基礎、建設方案構思以及擬取得的實驗教學預期效果，為同類專業生產實習虛擬仿真實驗項目的建設提供了參考和借鑒。

關鍵詞 虛擬仿真實驗 生產實習 測井 實踐教學

中圖分類號：G642 ??????????????????????????????????文獻標識碼：A ???DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.07.032

Construction?of?Virtual?Simulation?Experiment?Project?for?Logging

Production?Practice?of?Exploration?Technology?and?Engineering?Specialty

LAI?Fuqiang，?TAN?Xianfeng，?HUANG?Zhaohui，?HE?Jiacheng，?ZHU?Zhangxiong，?WANG?Jiabei

（School?of?Petroleum?and?Engineering，?Chongqing?University?of?Science?and?Technology，?Chongqing?401331）

Abstract In?order?to?improve?the?practical?and?innovative?ability?of?students?majoring?in?exploration?technology?and?engineering，?more?and?more?attention?has?been?paid?to?the?construction?and?teaching?of?virtual?simulation?experiment?projects.?Taking?the?construction?of?virtual?simulation?project?for?logging?production?practice?of?exploration?technology?and?engineering?specialty?as?an?example，?this?paper?explores?and?expounds?the?significance，?foundation，?construction?scheme?and?expected?results?of?experimental?teaching?of?virtual?simulation?project?for?production?practice?of?the?same?specialty，?and?provides?reference?and?reference?for?the?construction?of?virtual?simulation?experiment?project?for?production?practice?of?the?same?specialty.

Keywords virtual?simulation?experiment;?production?practice;?logging;?practice?teaching

重慶科技學院勘查技術與工程專業是在學校定位建設特色應用科技大學背景下開展建設，學生實踐動手能力培養顯得尤為重要。測井生產實習是勘查技術與工程專業的重要實踐教學環節，是學生理論學習與現場實踐相結合的重要橋梁。[1-3]但由于目前勘查技術與工程專業測井生產實習中“校外實訓難、校內難實習、學生多資源少、重復實訓難”的問題仍然十分突出，因此本文開展測井生產實習虛擬仿真實驗項目建設的探索。

1?測井生產實習虛擬仿真項目建設必要性

油氣地球物理測井是探測地下油氣資源的重要間接手段，測井過程中將特殊的測井儀器放入井中，通過各種物理參數測量來判別地下是否有油氣以及油氣層的位置。由于測井現場環境惡劣、探測儀器裝備結構復雜、價格昂貴、操作難度較大，有的儀器還具有一定危險性（譬如：核放射測井），同時油氣地質資源賦存在地下幾千米深處，看不見摸不著，實驗環境難以再現，導致傳統方法實驗做不了、實訓沒法做，嚴重影響教學效果，制約學生實踐能力培養。[4-5]

因此，有必要采用3D虛擬仿真技術模擬真實的測井過程，重點模擬測井儀器在不同地層環境、不同井眼條件下測井曲線的響應特征，還原測井儀器在地下幾千米深處真實的運動狀態和參數變化規律，融合測井儀器、原理、曲線特征、影響因素和地質應用于一體，使學生通過利用電腦、收集、平板電腦等設備，通過網絡就可以輕松遨游于測井井場和地下井眼之中，熟悉測井儀器裝置、了解測井工藝流程、掌握測井原理曲線圖像響應特征，切實提高實踐動手和創新能力。

2?測井生產實習虛擬仿真項目建設基礎

（1）我校在石油行業應用和開發虛擬仿真實驗、實訓資源，至今已有30多年的歷史。石油與天然氣國家級實驗教學示范中心擁有教學場地8000平方米，教學設備336臺套，仿真實驗教學儀器四大系列20余種，總資產價值4000多萬元。建有4個虛擬仿真實訓室、1個虛擬實訓演示廳、3個虛擬仿真微機分室、1個創新虛擬仿真實驗室、石油工業科技館、1個陸上鉆-采-輸仿真實訓基地;石油工程實訓仿真教學裝備20多臺套，建成數字化虛擬油藏、虛擬仿真實訓等10個模塊，時長100多個小時、軟件300余個;獲得重慶市高校多媒體教學成果8項獎勵。

（2）堅持產學研一體化開發、建設與共享，促進虛擬仿真教學資源的不斷升級。立足石油行業，依托行業辦學，為石油工業的發展培養急需的應用型人才，是我校60多年一直堅持的辦學理念。以企業需求為導向，校企協同開發符合企業人才培訓急需的虛擬仿真教學資源，并不斷更新和提高，也保障了企業的廣泛應用。同時，通過與同行石油院校合作開發了更高系統化的包括“鉆井模擬器、井下作業模擬器”等一批現代化的虛擬仿真設備及課件。產學研一體化開發成熟模式為本項目的實施提供了很好的借鑒。

（3）測井生產實習虛擬仿真實驗項目開發的軟硬件條件已經具備。軟件條件方面，我?？辈榧夹g與工程專業的測井生產實習基地設在學校附近的中石油測井公司西南分公司，積累了豐富的現場實踐經驗。硬件方面，學校將結合“石油與天然氣工程國家級實驗教學中心”的建設，建設了兩套測井仿真測量系統，為后期“虛實結合”開展虛擬仿真實驗項目開發創造了條件，同時地球物理計算中心高性能的集群工作站和網絡設施，為虛擬仿真實驗項目開放共享提供了保障。

3?測井生產實習虛擬仿真項目建設方案設計

充分利用我校背靠石油行業辦學的優勢，校企深度協同開展項目內容建設，選用成熟的虛擬仿真實驗開發技術，建設符合互聯網時代需要的油氣勘查類專業生產實習課程虛擬仿真實驗教學資源，重構實習教學內容，拉進產學距離，提升育人質量。測井生產實習虛擬仿真實驗項目擬通過虛擬仿真技術3D模擬測井現場場景和儀器工作流程，建設任務內容主要分為系統架構和虛擬仿真功能設計兩大模塊，具體如下：

3.1?虛擬仿真實驗項目的系統架構研究

擬依托現有的開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺，以網絡為載體，集實物虛擬仿真、創新設計、智能指導、實驗預約、操作和考核于一體，實現學生線上學習與交流互動，將高危、高成本、不可及、大型綜合的專業訓練高效地呈現，真正提高學生實踐動手能力。

3.2?測井生產實習虛擬仿真實驗功能設計

（1）井場環境及設備模擬。由于測井發生在鉆井井場，因此首先對井場環境進行真實模擬，主要包括鉆井井架、鉆井平臺及設備、井控系統、驅動系統、旋轉系統、起升系統和泥漿循環系統。

（2）測井設備及操作流程模擬。測井設備主要包括測井地面儀器和井下儀器兩部分，其中地面儀器主要包括測井工程車、測井絞車、測井電纜、井口滑輪;井下儀器主要包括探測器和電子線路，主要設計常規測井（電阻率、聲波時差、自然伽馬測井）和特殊測井（電成像、陣列聲波、核磁共振測井）。測井操作流程包括儀器設備連接、安裝和卸載，重點是絞車、天、地滑輪、電纜、馬龍頭的連接和井下儀器下放控制操作。

（3）不同地層模型下測井響應模擬。地層模型模擬主要考慮典型的砂泥巖、碳酸鹽巖、火山巖、膏鹽剖面和非常規致密砂巖、頁巖油氣、煤層氣、天然氣水合物儲層剖面，設計從地層巖性、地層構造（裂縫、溶洞等）、流體性質、地層厚度等方面進行自由組合，考察測井曲線和圖像的響應規律，旨在提高學生的測井原理理解和測井解釋創新能力。

（4）不同井眼條件下測井響應模擬。井眼條件模擬主要考慮井眼大小、泥漿類型、侵入剖面、井眼垮塌等井況下對儀器運動狀態和測井數據采集的影響，以至于對測井數據和測井圖像響應的影響，旨在考察學生對各種測井方法影響因素的理解，提高測井解釋水平。

（5）實驗教學資料的編寫和完善。主要包括實驗教學大綱、實驗指導書的編寫和完善，同時開發測井生產實習虛擬仿真實驗相關的考核試題和答案，實現線上實驗的自主操作和考核。

4?測井生產實習虛擬仿真實驗教學預期效果

本虛擬仿真實驗項目建成后，擬依托石油與天然氣國家級實驗教學示范中心，按照現場測井實際生產流程（儀器設備操作、數據采集、測井資料處理和解釋），構建了“虛實結合”的全流程、高仿真的虛擬仿真實驗，不受場地、時間、空間的制約，最大化利用教學資源，具體實驗教學預期效果如下：

（1）在教學模式上，面向高風險、高投入的測井行業，采用“理、虛、實”一體化的教學模式，降低大型貴重設備的實訓機時，有效避免測井現場實訓作業風險，加強學生的實踐動手能力。

（2）在教學內容上，利用虛擬設計技術，既真實還原測井現場儀器設備，又兼顧設備操作流程演練，同時設計現場也無法透視的地下地層模型和井眼環境，從測井的基本原理到儀器操作、數據采集和資料處理解釋形成一個完整的實驗體系，并以“企業真實案例”貫穿其中，大大豐富了實踐教學內容。

（3）在教學方式方法上，集“教、練、考”于一體，采用“全媒體課堂”方法，教師端（PC）與學生端（工作站）同步教學，通過“教”中項目化教學講解，“練”中的實例操作演練，“考”中的智能考核環節，對學生的每一步操作的正確性、規范性、安全性進行自動記錄、評估、計分，并輸出和提交詳細的考核記錄單。

（4）在開放運行上，充分利用學校校企產學研結合的優勢，加強與中石油、中石化和中海油等知名企業合作，進一步完善共享機制，著力面向全國高校、行業企業，實現測井生產實習虛擬仿真實驗優質資源開放共享。

（5）在評價體系上，建立了教師、企業、學生等多主體“共同參與、交互作用的多元化”評價體系，并運用調查、測驗、統計方法對分析過程和結果做出評判，并對目標進行反思和修訂，不斷完善本虛擬實驗項目的質量。

參考文獻

[1] 趙軍.工科院校本科生產實習的教學實踐與思考——以勘查技術與工程專業測井方向生產實習為例[J].中國校外教育，2012（33）：80，102.

[2] 張廣智，宋建國，李振春，等.對勘查技術與工程專業實施“卓越工程師教育培養計劃”的一些思考[J].中國地質教育，2011.20（2）：5-9.

[3] 程超，桑琴，劉紅岐，等.建立測井生產實習基地，強化工程實踐能力培養[J].中國校外教育，2012（24）：41-42.

[4] 勾福巖.虛擬仿真技術在測井實驗教學中的探索及應用[J].科技創新導報，2018.15（22）：186，190.

[5] 胡少兵，張超謨，劉海兵.基于虛擬仿真技術的電法測井實驗教學探索與實踐[J].石油教育，2017（1）：74-77.