基于“石油工程綜合設(shè)計(jì)”的多學(xué)科協(xié)同工程能力培養(yǎng)實(shí)踐

韓國(guó)慶 李俊鍵 陳民鋒 盛茂

[摘 要] 該文介紹了石油工程專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)課程改革的方案、內(nèi)容和實(shí)施效果，總結(jié)了改革的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，對(duì)于工科類課程的綜合課程設(shè)計(jì)改革具有借鑒意義。

[關(guān)鍵詞] 石油工程;綜合設(shè)計(jì);多學(xué)科協(xié)同

[基金項(xiàng)目] 2017年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）教學(xué)改革項(xiàng)目“‘石油工程綜合設(shè)計(jì)課程體系建設(shè)（油藏、采油、鉆井及完井）”（2017-002）;2018年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）教學(xué)改革項(xiàng)目“‘采油工程線上線下混合‘金課建設(shè)”（2018-015）

[作者簡(jiǎn)介] 韓國(guó)慶（1969—），男，山東濟(jì)南人，中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣田開發(fā)工程研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）38-0154-02? ? [收稿日期] 2020-07-10

石油工程綜合設(shè)計(jì)是石油工程專業(yè)新開設(shè)的一門專業(yè)必修課。該課程是把石油工程專業(yè)所學(xué)的有關(guān)課程（開發(fā)地質(zhì)、油藏工程、采油工程、鉆井工程、完井工程等）的知識(shí)，綜合應(yīng)用于解決實(shí)際油氣田開發(fā)實(shí)踐這一系統(tǒng)工程問題，最終形成一個(gè)完整的油田開發(fā)方案。這門課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題，達(dá)到工程教育認(rèn)證中對(duì)于解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)具有重要的意義。

因此，本次課程改革提出以油田原始資料和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)訓(xùn)練學(xué)生從原始資料中提出問題、分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生能夠從油田生產(chǎn)的全局考慮進(jìn)行各個(gè)專項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，多學(xué)科協(xié)同提高學(xué)生工程能力。

一、石油工程綜合設(shè)計(jì)的內(nèi)容

石油工程綜合設(shè)計(jì)課程強(qiáng)調(diào)實(shí)際動(dòng)手能力和解決復(fù)雜問題能力的培養(yǎng)[1，2]。通過“課堂理論知識(shí)講授”“開發(fā)設(shè)計(jì)習(xí)題課堂研討”“期末課堂匯報(bào)”三個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)任務(wù)。其中學(xué)生需要完成：（1）油藏地質(zhì)描述、（2）油藏工程設(shè)計(jì)、（3）采油工程設(shè)計(jì)、（4）鉆井工程設(shè)計(jì)、（5）完井工程設(shè)計(jì)、（6）經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)開發(fā)方案設(shè)計(jì)、（7）編制方案報(bào)告等七方面實(shí)踐訓(xùn)練，是對(duì)實(shí)際油田開發(fā)的一次預(yù)演，可以極大地提高學(xué)生全面系統(tǒng)掌握、靈活應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力和水平。

二、石油工程課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案研究

（一）建設(shè)了系統(tǒng)的、完備的石油工程綜合設(shè)計(jì)課程實(shí)踐型教學(xué)資源

針對(duì)綜合設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)建設(shè)了教學(xué)大綱、任務(wù)指導(dǎo)書、講義PPT、設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)及教學(xué)視頻、地質(zhì)、開發(fā)、鉆井及完井的數(shù)據(jù)資料庫等材料。特別是設(shè)計(jì)的目標(biāo)油藏是一個(gè)近真實(shí)的油藏，充分協(xié)調(diào)考慮了真實(shí)性與學(xué)生可操作性之間的關(guān)系。根據(jù)勘探開發(fā)階段所提供的有關(guān)試油試采資料、儲(chǔ)層物性資料、流體資料進(jìn)行油田開發(fā)方案設(shè)計(jì)。該案例以西部某油田為原型，修改部分?jǐn)?shù)據(jù)使其能用于油藏?cái)?shù)值模擬且具有方案設(shè)計(jì)的典型性和多樣性。除此之外，方案設(shè)計(jì)也不再是簡(jiǎn)單的井網(wǎng)形式下的開發(fā)指標(biāo)，加強(qiáng)了工程論證訓(xùn)練，對(duì)工程設(shè)計(jì)主要決策，包括評(píng)價(jià)油藏的非均質(zhì)性、開發(fā)層系、采油方式、井身結(jié)構(gòu)等方面加強(qiáng)綜合分析和綜合論證，使得整個(gè)油田開發(fā)方案設(shè)計(jì)與實(shí)際更貼切。

（二）研制了滿足課程實(shí)踐應(yīng)用的“石油工程綜合開發(fā)設(shè)計(jì)模擬平臺(tái)”

自主研發(fā)了基于自動(dòng)微分算法的“石油工程綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)”[3]。自動(dòng)微分法是一種介于符號(hào)微分和數(shù)值微分的方法：數(shù)值微分強(qiáng)調(diào)一開始直接代入數(shù)值近似求解;符號(hào)微分強(qiáng)調(diào)直接對(duì)代數(shù)進(jìn)行求解，最后才代入問題數(shù)值;自動(dòng)微分將符號(hào)微分法應(yīng)用于最基本的算子，比如常數(shù)，冪函數(shù)，指數(shù)函數(shù)，對(duì)數(shù)函數(shù)，三角函數(shù)等，然后代入數(shù)值，保留中間結(jié)果，最后再應(yīng)用于整個(gè)函數(shù)。因此自動(dòng)微分應(yīng)用相當(dāng)靈活，可以做到完全隱藏微分求解過程，由于它的計(jì)算實(shí)際是一種圖計(jì)算，可以對(duì)其做很多優(yōu)化。所以自動(dòng)微分方法與解析方法相比，計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，計(jì)算速度更快。該軟件不僅僅具有算法上的優(yōu)勢(shì)，更具有界面操作簡(jiǎn)單，容易上手的優(yōu)勢(shì)。石油工程綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)將整個(gè)設(shè)計(jì)劃分為3大模塊，分別是油藏工程平臺(tái)、采油工程平臺(tái)、鉆完井工程平臺(tái)。在該平臺(tái)中，還提供儲(chǔ)量計(jì)算、等值線圖、連井剖面圖以及多種快速插值的方法如：反距離加權(quán)插值、克里金插值、最近鄰點(diǎn)插值等。這一系列功能都旨在簡(jiǎn)化操作流程，讓學(xué)生們更專注于石油工程設(shè)計(jì)論證方面的內(nèi)容。

（三）建立了合理的石油工程綜合設(shè)計(jì)研究能力考查及課程考核方法

采取“論文+答辯”方式對(duì)本課程進(jìn)行考核，課程成績(jī)?yōu)樵O(shè)計(jì)報(bào)告、PPT匯報(bào)與回答提問三方面綜合考評(píng)獲得。這種互動(dòng)式考核提高了研究生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的自主性與綜合素質(zhì).增進(jìn)了學(xué)生問相互交流。匯報(bào)及答辯過程中采用小組抽簽的方式進(jìn)行，克服了學(xué)生偷懶的僥幸心理，保證了所有學(xué)生均能全身心投入。

（四）精心設(shè)計(jì)了研究性教學(xué)活動(dòng)

1.設(shè)置課堂知識(shí)點(diǎn)討論。綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐性強(qiáng)，實(shí)用性高。下達(dá)任務(wù)書過程中，會(huì)以課程講解的方式對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行講解，通過統(tǒng)一的講解，讓同學(xué)們了解課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)以及設(shè)計(jì)思路。使同學(xué)們將石油工程的基礎(chǔ)知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合。

2.開展課下針對(duì)性研討。針對(duì)石油工程設(shè)計(jì)中具體的問題，讓課代表進(jìn)行匯總，安排統(tǒng)一的時(shí)間進(jìn)行研討學(xué)習(xí)，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，設(shè)置油氣田開發(fā)決策中主要問題（如：開發(fā)層系的劃分、井網(wǎng)設(shè)計(jì)與部署、軟件使用問題等）作為專題進(jìn)行討論。專題研討會(huì)的作用：一是培養(yǎng)同學(xué)的研究能力和綜合能力;二是培養(yǎng)同學(xué)的協(xié)作精神和團(tuán)隊(duì)精神。

3.引入研究生進(jìn)入本科教學(xué)。利用本課題組的碩士博士研究生資源，在綜合設(shè)計(jì)的過程中，遇到難點(diǎn)和疑點(diǎn)，可與本課題組的碩博研究生進(jìn)行探討，他們之間的年齡相差不大，交流起來更方便，同時(shí)碩博研究生也有近幾年學(xué)習(xí)該課程的經(jīng)歷，再加上研究生期間的學(xué)習(xí)，可有效地解決同學(xué)們之間的問題。

三、石油工程課程綜合設(shè)計(jì)改革實(shí)施效果分析

本次課程改革共有72名石油工程專業(yè)學(xué)生參加，其中24名學(xué)生學(xué)習(xí)教改內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)組，48名學(xué)生學(xué)習(xí)以往的內(nèi)容作為對(duì)照組。兩組學(xué)生同時(shí)上課，結(jié)課，從課程成績(jī)、問卷調(diào)查、跟蹤調(diào)查三個(gè)方面進(jìn)行效果評(píng)價(jià)。