專業認證背景下的油藏數值模擬課程建設與人才培養

張益　劉峰　阮敏　馬先林　袁士寶

摘? 要：隨著教育逐漸進入專業認證模式，由規模擴張階段進入注重質量、發展內涵、注重鍛煉學生實際運用知識能力階段，如何應用現代教育技術豐富教學形式、提高教學效果，是亟待解決的問題。通過選擇“理論與實踐課堂”相結合的新模式，使學生不僅可以享受新的學習模式帶來的學習效率的提高，也避免出現復雜的公式和生僻知識點帶來的學習挫敗感。使學生將理論和實際聯系起來，掌握油藏數值模擬這門工具，為今后從事石油專業工作打下堅實的基礎。

關鍵詞：油藏數值模擬;教學實踐;教學改革;人才培養

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）23-0071-03

Abstract： With the education gradually into the professional certification mode， from the expansion stage to focus on the quality and connotation， pay attention to the training of students practical knowledge ability stage， it is an urgent problem to be solved that how to apply modern education technology to enrich the teaching form， improve the teaching effect. By choosing the new mode of "theory and practice classroom"， students can not only enjoy the improvement of learning efficiency by the new learning mode， but also avoid the frustration by complex formulas and outlying knowledge points. Let the students contact the theory with the practice and grasp the tool of the reservoir numerical simulation， which will be engaged in the petroleum professional work in the future to lay the solid foundation.

Keywords： reservoir numerical simulation; teaching practice; teaching reform; cultivation of talents

一、概述

油藏數值模擬是唯一的一個應用計算機手段，解決油氣藏開發中合理開發方案的問題，通過對合理開發方案的設計，預測油藏的含水率、壓力、采出程度、流體動態分布等動態參數，為油氣藏高效率低成本開發提供指導[1-2]。“石油工程專業人才培養方案”指出，本專業的人才培養目標是“掌握本專業所必須的工程科學基礎理論和專業知識，接受石油工程師基本訓練，具有較強的工程實踐能力、團隊協作能力和創新意識，具備綜合應用所學知識分析和解決石油工程實際問題的初步能力，具有一定的組織管理能力和創新意識”[3-5]。油藏數值模擬課是在學習完油藏工程、采油工程、滲流力學、油層物理等專業課的基礎上，對石油工程專業知識的實際應用和升華。因此，油藏數值模擬課對石油工程本科生來說，是專業性最強，知識要求能力較高的一門課程。學好該門課程，對今后從事石油行業具有重要的幫助作用。

二、油藏數值模擬教學和學習中存在的問題及分析

油藏數值模擬是石油工程專業學生的必修課，油藏數值模擬課程對培養學生正確的科學思維方法和分析問題、解決問題的能力，為今后從事石油開發生產和科學研究具有至關重要的作用。然而，往往課程結束后，學生不能真正掌握油藏數值模擬的基本原理，不能應用油藏數值模擬解決實際油田開發中的問題，個別學生甚至連基本模型都解釋不清，數值模擬課程和油田開發實際應用之間的鴻溝也難以解決。

分析其主要有以下幾個方面原因：

1. 數學和專業課基礎薄弱。油藏數值模擬課程包括了滲流力學、油藏工程、油層物理和高等數學等專業知識。對學生的數學知識和專業知識提出了更高的要求，如果上述課程學習不好，會嚴重影響到對油藏數值模擬課程的學習。以往的課程教學以老師教為主，學生聽為輔，只完成對書本內容的講解，沒用系統化的實踐環節，造成學生學習難度大，興趣不高，看到復雜的公式難于理解，對所學知識的實際應用更是模糊不懂，難以建立學習和實踐之間的橋梁。

2. 油藏數值模擬課程內容教學容易沒有一條主線，系統性不強。油藏數值模擬課程概念抽象、難懂、公式多，教師在有限的時間內很難講清楚所有內容，如基本數學模型的建立、偏微分方程的離散化、線性代數方程組的求解與一維、二維油藏數值模擬的解法之間銜接不夠緊密，教師在花了很多時間仔細講解每一部分內容后，學生只是孤立理解了每部分的內容，對前后內容之間的邏輯關系不明白，沒有建立所學知識的一條主線和框架，使得學生沒有很好地掌握這門課程。那么怎樣讓教師教好，學生學好，是擺在當前的一個要迫切解決的問題。

3. 由于課時有限，部分教師對實踐教學重視不夠。部分教師只是簡單地將數值模擬的黑油模型、組分模型、IMPES方法、歷史擬合和數值模擬在油田開發中的應用等知識進行了講述，未將理論與實際之間的聯系進行講解。課程結束后，學生往往連油藏數值模擬課程的作用都不清楚。

4. 學生缺乏實踐的實驗室和軟件，缺少實踐的機會。受限于國際通用的油藏數值模擬軟件不能在教學中應用，嚴重制約了學生的軟件實際操作能力，學生對理論知識、油田開發生產實際之間的橋梁——油藏數值模擬軟件認識不清。

5. 很少有學生去針對理論知識，提前主動地預習課程，課后提問題，這種被動的學習方式不利于培養學生的學習能力、動手能力和解決實際問題的能力。

6. 課程考核方式不合理。目前的考試方式主要是基于卷面成績，平時成績主要參考學生的考勤和作業，沒有將實踐環節納入考試范圍，忽略了油藏數值模擬課程實踐考核的重要性。

三、教學改革方案及措施

所謂“理論與實踐課堂”，是在傳統教學模式的基礎上，充分運用現代教學設備、教學軟件、教學方法和新的考核方式，注重學生對油藏數值模擬課程實際應用能力的培養，提高學生解決實際問題的能力和綜合素質的培訓。

1. 豐富教學內容。（1）精講多練，著重應用，分清主次，重難點要舍得花時間;（2）在講清基本概念、基礎理論的基礎上，導入專業課知識，并與現場生產實際緊密結合，適時引入現場新技術和新方法，充實和完善教學內容，讓學生不斷學習專業知識，觸類旁通，通過專業知識鞏固基礎知識，不斷重復，螺旋式進步;（3）制作高質量的多媒體課件（flash動畫、CAI課件等）[6-7]，最大限度地發揮多媒體技術的優勢，使多媒體科學技術作為教學技術輔助手段而不是唯一手段，要適時使用板書講解公式，詳細推導關鍵知識點，詳細解釋每一步驟的過程，如黑油模型的IMPES解法，建立推導黑油模型的邏輯思路。同時，用多媒體和錄像以圖片和動畫的形式展示從儲層到三維地質模型到多相流體的滲流、流體飽和度變化和油水分布等演變過程，加深學生對油藏數值模擬的直觀理解。

2. 加強實驗室建設，注重實踐教學。學校已建成油藏數值模擬專用實驗室，隨著我校和斯倫貝謝公司協議的簽署，該公司將向我校免費捐贈Eclipse軟件，充分利用該軟件，改變僅進行理論知識的講授，學生不能參與實驗環節指導的現象，讓學生將所學理論知識和實際應用充分結合。同時，加大實踐教學成績在課程最終考核的比重，督促學生重視實踐教學，通過項目的實施改變理論知識與實踐相脫節的局面。

3. 強化創新思維能力培養。（1）鼓勵學生自己編寫簡單的數值模擬軟件，如一維兩項流，二維二項流等，通過軟件程序編寫，加深對理論知識的理解和掌握，并將所編寫軟件積極申請軟件著作權;（2）采用項目驅動式的教學方法，提高應用能力，鼓勵學生參加大學生創新項目和石油工程設計大賽，將所學的理論知識，軟件應用能力和油氣藏開發生產實踐相結合，解決油氣藏開發中的實際難題;（3）“引路導航”，變教學生“學會”為教學生“會學”，根據教材內容，有重點地給出一些教材中簡單的、可以深入思考的問題，如歷史擬合，網格取向等一些重要的知識，可以讓學生查閱文獻（CNKI、Elsevier、Springer、ACS等）去搜索（Google學術、百度學術、百度文庫）新答案，并培養學生的歸納知識能力。在每一章結束后，讓學生自己整理知識要點，在頭腦中形成有序貯存，并在網絡連接點上繁衍出新的知識生長點，運用自己已有的知識解決問題，實現由思維定勢向創新性思維能力發展。

4. 改進課程考核方式。增加實踐課程考試環節，課程考核由理論考核和實踐考核構成，注重培養學生的創新能力和解決實際問題的能力。

四、教學改革實踐

根據研究方案的任務和要求，在較廣泛、充分調查研究的基礎上，進行教學改革實踐。

1. 加深了學生對油藏數值模擬課程內容的理解。通過編寫二維二相數值模擬程序，學生得以進到“數模黑箱”，深刻理解數模的計算過程和所采用的算法，對數值模擬書中公式的簡單理解與軟件實際應用之間的“鴻溝”，有了深刻的領會，為將書本知識應用到實際油藏的模擬開發奠定了基礎。

2. 拓展了學生對油氣田開發知識的視野，通過油藏數值模擬軟件的應用，使其成為學習石油工程知識一個重要的輔助工具。通過學習Office模塊自帶的11個例題，使學生掌握局部網格加密、流線模型、組分模型、煤層氣開發、歷史擬合等油藏數值模擬知識，提升了學生應用軟件的能力。

3. 提升了學生應用數值模擬軟件解決實際油藏問題的能力。通過實際油藏的簡單地質模型，學生將所建地質模型導進Eclipse軟件，逐步導進高壓物性參數、油藏物性參數、井的生產歷史數據、相滲數據，并經過歷史擬合，制定合理的開發方案和調整方案，最終得出最優開發方案。

4. 建立了油藏數值模擬考試模式的多樣化和系統化。為了鍛煉學生的創新能力、實踐能力和解決實際問題的能力、提升學生對油藏數值模擬課程的興趣，通過期末試卷考試、編寫數值模擬軟件、建立機理模型、油藏數值模擬軟件的實例應用，將以上四部分內容作為學生的最終成績。

5. 加強教師隊伍建設，加強教研組老師的交流。新教師跟教學經驗豐富的教授多聽課，掌握先進的教學方法，并輔導學生的作業。教研組老師定期開交流會，就課程教學中遇到的問題，考試方式的設置等問題進行積極溝通。

五、教學改革效果

1. 理論應用于實際，使理論教學與實際應用和學生綜合素質的培養相結合，提高了學生解決實際問題的能力。通過實際油藏模型實例，學生逐步將數據加載到軟件中，完成歷史擬合，采收率、含水率、油藏生產動態預測等內容。獨立完成簡單油藏數值模擬方案制定和調整，并提出最優開發方案，將書本知識應用于實際，解決了理論教學和實踐教學相脫節的問題。

2. 構建基于知識、能力、素質協調發展的課程考核模式，建立了多樣化考核模式，加深學生對所學課程的理解，強調“以學生為中心”的教學理念。從理論考試、軟件編程、實際應用等方面，全方位考核學生對油藏數值模擬課程的理解。培養學生創新能力、獨立解決問題的能力。鼓勵學生自主創新，加強理論與實踐的培養，編寫了油藏數值模擬二維二相黑油模型程序，已申請3項軟件著作權。

3. 改革和完善教學體系與課程內容。根據不同的教學內容特點和具體的教學情況，采取不同的與之相適應的教學方法。例如：黑油模型和IMPES解法這類理論性強、內容多、具有一定深度和難度，又是本課程的重點內容，我們則遵循“少而精”的教學原則，以講授法為主，力求深入淺出，化繁為簡，化難成易。在講清概念的基礎上，注重理論的應用，引導學生應用滲流力學理論分析和討論油氣田開發生產中出現的問題，激發學生學習欲望，使學生學會知識遷移，提高學生的綜合分析能力和創造性思維能力。

六、結束語

“理論與實踐課堂”是石油工程專業人才培養的目標之一。“理論與實踐課堂”的培養要從提高學生的動手能力開始。課堂教學中，教師應與學生多互動，鼓勵學生發現問題，提出問題，通過實例解決問題，達到培養專業石油人才的目的。

1. 建議應用智慧樹、學習通等現代教學方式，充分利用學生手機、網絡，手機的使用變堵為疏。學生課堂未聽懂和不明白的地方，可以通過視頻進行自學和復習。同時，在網上可以和老師、同學進行交流。

2. 加強實驗室軟硬件建設，加大實驗室開放力度。整合學校計算機學院、電教中心、石油工程學院的綜合教學實驗室，建設油藏數值模擬綜合教學實驗室。擬定實驗室開放計劃，制定基礎實驗室開放的管理辦法和相關制度，建立開放實驗室和實驗項目的預約登記制度，學生可以通過預約上機時間。制定激勵措施，鼓勵本科生參加科技創新立項和石油工程設計大賽、教師科研項目。

參考文獻：

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