解決復雜工程問題能力教育背景下的“保護儲層技術”課程教學改革

許成元 張 浩 康毅力 游利軍

（[1]西南石油大學石油與天然氣工程學院 四川·成都 610500；[2]成都理工大學能源學院 四川·成都 610059）

0 引言

培養學生解決復雜石油工程問題能力是石油工程專業本科生教育的重中之重，也是工程教育認證提出的重點要求。復雜工程問題的特點是來源于現場工程實際，培養學生解決復雜工程問題能力需要從現場經典工程案例入手，理論聯系實際，通過引導學生將學到的理論知識與現場實際工程問題聯系起來，從而提高學生們分析復雜工程問題、解決復雜工程問題的能力。本文以石油工程專業課“保護儲層技術”為例，從案例式教學、工程倫理思想、探討式教學模式三個方面進行闡述，探討培養學生解決復雜工程問題能力的“保護儲層技術”課程教學改革對策。

1 培養學生解決復雜工程問題能力的“保護儲層技術”課程教學改革策略

“保護儲層技術”課程是石油工程專業課之一。本課程的目標和任務在于使學生掌握保護油氣層技術的基本概念、原則、思路與方法，掌握保護油氣層的技術，具備應用科研成果與實踐的能力；培養學生形成系統性、針對性、科學性、全過程的保護油氣層理念，提高學生到現場后進行儲層保護的主動性和積極性，具備對各個作業環節儲層保護技術進行工程設計、施工和管理的能力；培養學生了解儲層保護技術的最新動態和發展趨勢，具備進一步結合本油田生產實際進行科研攻關的能力。為進一步培養和提高學生解決復雜儲層保護工程問題能力，可從以下三個方面入手。

1.1 采用案例式教學

案例教學的關鍵在于經典工程案例的選取，案例需要來源于實際工程問題，帶又具有一定的啟發性，方便學生將所學概念、公式、原理等理論知識與工程實際相結合，通過應用理論知識分析工程問題，進而增進對基本概念、機理、技術的理解，并培養學生解決復雜工程問題的能力。儲層損害是指在油氣鉆井、完井、生產、增產、提高采收率等全過程中的每一個作業環節，發生（或導致）流體產出或注入能力顯著下降的現象或作用。因此，儲層保護需面對多種工程條件，涉及多個作業環節，考慮安全、綠色、高效、可持續等多種因素。綜上所述，“保護儲層技術”課程案例的選取可從儲層保護技術路徑選擇基本原則與標準，不同鉆開液體系下儲層損害機理，鉆完井階段工作液漏失損害三個方面入手。

1.1.1 儲層保護技術路徑選擇基本原則與標準

（1）戰略層次，油氣勘探開發技術要求：高效、安全、綠色。

（2）戰役層次，全過程儲層保護觀，必須同時滿足三個條件：有利于油氣層及時發現，有利于油氣層準確評價，有利于油氣層高效開發。

（3）戰術層次，工程作業系統工程觀：首先必須將本環節作業高質量、安全、順利、經濟地完成好；不能把上一個環節作業已取得的功效削弱、破壞、甚至徹底消除；還必須為下一個環節作業創造良好的施工（井眼及井周地層）條件，至少不設置明顯障礙，或引發新的問題，導致后續作業復雜性和難度增加。

1.1.2 不同鉆開液體系及打開方式下、后續作業儲層損害的機理

鉆開液是指鉆開儲層段所使用的鉆井液，根據流體類型不同，可分為水基鉆開液、油基鉆開液、氣體鉆開液等。采用不同的鉆開液鉆開儲層，涉及的儲層損害機理均不同。

（1）氮氣鉆開條件下。主要儲層損害機理包括：應力敏感損害、巖爆損害、油相圈閉損害，干濕交替（鉆遇水層、壓井、轉換完井液）致液相圈閉損害，壓井及完井液轉換漏失損害，酸敏損害、液相圈閉損害。

（2）水基液鉆開條件下。主要儲層損害機理包括：水相圈閉損害、流體敏感性損害，完井液漏失損害，壓裂水相圈閉損害。

（3）油基液鉆開條件下。主要儲層損害機理包括：油相圈閉損害，油基完井液漏失損害，壓裂水相圈閉損害。

1.1.3 鉆完井階段工作液漏失損害機理

以塔里木盆地KS區塊為例，儲層段平均工作液漏失量高達164.7m3。漏失的鉆開液將造成儲層損害帶范圍擴大，從而誘發嚴重的儲層損害。以KJ井為例，該井儲層段漏失為3.5m3，中途測試（測試井段：7445～7552m）顯示，6mm油嘴時氣井油壓為95.668MPa，流壓為121.810MPa，生產壓差為5.805MPa，平均產量45.6172×104m3/d，有效滲透率109.29mD，探測半徑為1858m。根據壓力歷史展開圖，可知氣井開井初期流壓呈下降趨勢，中期波動較大，后期流壓相對穩定，表現為地層能量較充足。關井壓力恢復較快，呈“廠”字型，說明儲層損害嚴重。從雙對數診斷圖看，導數曲線形態呈均質特征，出現徑向流，無邊界反映。選用井筒儲集+表皮的均質無限大模型進行擬合分析計算得到氣井表皮系數為556，表明原始儲層滲透性好，但儲層鉆開階段的漏失造成了嚴重的儲層損害。

儲層天然裂縫即為油氣產出提供滲流通道，又成為工作液漏失通道，導致鉆完井過程中工作液漏失頻繁發生。工作液漏失是鉆完井階段最嚴重的儲層損害方式，表現為漏失損害程度高和漏失損害帶廣。漏失導致工作液中固相和液相大量侵入儲層，極易誘發固相堵塞損害、流體敏感性損害、應力敏感性損害和液相圈閉損害。隨工作液漏失量增加，漏失損害范圍急劇增大，并與后續作業損害相疊加，損害更難解除。

1.2 貫徹工程倫理思想

（1）基于典型案例分析的油氣工程活動多元價值觀和利益協調機制研究。分析代表性國有企業和民營企業油氣工程共同體中，工程師發揮多重身份（角色）的作用。總結、凝練出重大油氣工程項目、典型工程事故中的多元價值博弈與權衡、利益公正分配機制、合理補償機制、溝通協商機制。

（2）彰顯中國特色的油氣工程倫理規范的探索。分析傳統的生物圈理論對于指導油氣工程倫理作用的局限性，研究并重點關注五大圈層（大氣圈、水圈、土圈、生物圈、巖石圈）的交互作用。從更廣泛的空間和更長遠的時間尺度，分析油氣工程作業工作流體使用及“三廢”處置的倫理正當性。把生物圈與巖石圈中的油氣藏、地下水資源、其他礦產資源納入一個整體，構建總體可持續發展格局的新思路。在借鑒歐美發達國家油氣工程師倫理規范的同時，強調注重傳承和發揚中國傳統道德文化，注重培養家國情懷。注意與社會主義核心價值觀、新發展理念的結合；注意挖掘行業、專業、學科層面有特色的先進文化；注意與構建人類命運共體的使命相聯系。

（3）新時代有道德石油工程師培育有效路徑探討。吸引青年教師，聽課助課，關注油氣工程的倫理問題研究，儲備相關知識和工程經歷，并為持續授課創造條件。授課教師將嘗試多種方法，加強現代教學技術的運用，列舉鮮活生動的工程案例、通用工程倫理案例、油氣行業近年重大影響的工程案例，提高教學效果。

1.3 采用探討式教學模式

改進傳統“教師講、學生聽”的教學模式，通過與學生溝通、交流、探討工程案例，增強師生互動環節，活躍課堂氣氛，有效調動學生的積極性，真正實現探討式與啟發式教學。解決復雜工程問題能力是石油工程專業本科生培養的重要目標。高效保護儲層是石油工程專業學生走上工作崗位后所要面臨的主要工程問題之一。石油工程專業“保護儲層技術”課程涉及學科廣、內容繁雜、理論性強，基礎學科功底差的學生較難掌握，容易使學生產生畏難和消極情緒。根據授課中的感受和對這門課的理解，并結合學生課堂反應，目前該課程的授課普遍存在三個方面的問題：教學課時減少與教學內容增多的矛盾；教學模式單一，學生學習積極性差。工程案例剖析是掌握理論知識最有效的途徑，通過引入科研實踐中的經典保護儲層技術工程案例，加以有效設計并將傳統教學與案例教學相結合，將會實現學生由“被動接受”向“主動學習”的轉變，有效提高石油工程專業本科生跨學科解決保護儲層技術問題的能力。采用探討式教學方式，通過與學生溝通、交流，探討工程案例教學效果，查找各教學環節存在的不足，進而在案例的設計和實施方案上不斷完善。

2 結語

培養學生解決復雜石油工程問題能力是石油工程專業本科生教育的重中之重，也是工程教育認證提出的重點要求。本文以石油工程專業課“保護儲層技術”為例，從案例式教學、工程倫理思想、探討式教學模式三個方面進行闡述。探討了如何在“保護儲層技術”這門課程中進行教學改革和探索，提高學生們解決復雜石油工程問題的能力，以期為其它課程教學提供借鑒。