融入課程思政的“油藏數值模擬”教學探討與實踐

吳正彬，謝叢姣，高復陽

（中國地質大學〔武漢〕資源學院，湖北 武漢 430074）

引言

油藏數值模擬作為油氣田開發的一項重要手段，是一門綜合性較強的技術。在理論上用來探索多孔介質中各種復雜的滲流問題，在工程上作為開發方案設計、動態監測、開發調整、提高采收率的有效手段，能為油氣田開發技術措施的制定提供理論依據。

油藏數值模擬是一門多學科交叉的學科，學好“油藏數值模擬”課程，需要先學習較多的先修課程，包括數學類（“線性代數”“微分方程”“計算方法”“數值分析”）、專業類（“油氣田開發地質學”“油層物理”“滲流力學”“油藏工程”“采油工程”）、計算機類（“計算機原理”“程序語言”）等課程。

通過“油藏數值模擬”課程的學習，學生能了解并掌握油藏數值模擬的基本概念、主要內容、基本步驟及基本原理，結合課堂上機實踐進行油藏數值模擬實例演示和分析，做到將所學知識應用到具體油藏并進行模擬分析。

一、“油藏數值模擬”課程融入思政元素的必要性及可行性

培養什么樣的人、怎樣培養人、為誰培養人是教育的根本問題。落實立德樹人根本任務，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體。全面推進課程思政建設，就是要寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，幫助學生塑造正確的世界觀、價值觀與人生觀。課程思政是新時代對高等教育提出的新要求，是高等教育工作者的新任務，因此，授課教師應主動在學校的教學活動中，圍繞教學任務和教學目標，以課程為立足點，落實立德樹人根本任務，將德育元素合理滲透到專業知識中，充分認識課程思政的重要意義。

“油藏數值模擬”課程的主要教授內容包括：（1）緒論及油藏數值模擬在油氣田開發中的作用；（2）油藏數值模擬基本數學模型；（3）差分方程的建立；（4）差分方程組的數值解法；（5）油藏數值模擬方法；（6）油藏數值模擬的發展趨勢；（7）實驗教學。課程內容涵蓋了油藏從開發初期方案制定到開發晚期方案調整的整個過程，結合了理論與實踐的教學。結合油藏數值模擬的發展和解決實際問題的方法步驟，可以充分挖掘課程思政資源，如石油精神、愛國情懷、辯證思維、理論與實踐結合、學科交叉與創新。在課程思政的實踐路徑方面，應做好課程思政的教學設計，強化教師作用，在實施過程中要如春雨潤物，采用適合課程思政的教學方式，以實現石油工程專業立德樹人的育人目標，從而實現專業教育與思想政治教育的有效融合。

二、“油藏數值模擬”課程教學融入思政元素的具體方案

（一）緒論及油藏數值模擬在油氣田開發中的作用

在緒論部分，教師主要介紹國內石油工業的發展和油氣開采現狀及油藏數值模擬技術的應用和作用。在授課過程中，為了進一步激發學生對石油事業的熱愛及投入石油勘探開發的熱情，首先向學生介紹我國石油工業崛起的基石——大慶油田松基三井。松基三井，即松遼平原第三口基準井，是大慶長垣構造帶上的第一口探井，也是大慶油田的發現井。1959年9月26日，松基三井喜獲工業油流，標志著大慶油田的發現，拉開了大慶油田會戰的序幕。大慶油田的發現，徹底改變了我國石油工業落后的面貌，促進了國民經濟發展。結合目前的新冠肺炎疫情防控，在口罩和防護服的生產中不可缺少的一種基礎原料是聚丙烯。同時，聚丙烯是一種聚合物，由丙烯聚合而成，是生產熔噴布的主要原料。問題來了，丙烯從哪里來？丙烯的主要來源之一就是石油。石油經過分餾，分餾之后的產品通過裂化與裂解，得到烯烴，進而得到丙烯。啟發學生思考石油在抗疫中的重要作用，激發學生對專業的熱愛和自豪感。

另外，在課堂緒論部分，任課教師向學生介紹目前常用的油藏數值模擬軟件，主要包括ECLIPSE和CMG。這兩款軟件已經發展了近40年，對于常規油藏模擬原理沒有本質差別，技術早已成熟。但是在油藏工程師的實際運用中，對于兩款軟件的使用也有相對的偏向性。ECLIPSE一般和地質建模軟件PETREL一起使用，PETREL建模后導入ECLIPSE動態模擬，一般用在黑油模型上。CMG則一般在熱采、化學驅運用比較多。這說明針對不同的問題，要選擇合適的方式。每個人都有自己的優點和長處，所以教師在教授學生時，也應當因材施教，把握學生的特點，給予針對性的教學。不過，不管是ECLIPSE還是CMG，畢竟只是解決油藏模擬問題時所使用的工具，模擬結果的準確性和可靠性，更取決于油藏工程師的專業知識基礎、對現場數據的分析能力及對油藏數值模擬軟件的使用熟練程度等。如果專業基礎不牢、處理數據能力欠缺，只會導致“Rubbish in,rubbish out”。因此，人的主觀能動性在解決專業問題的過程中起著重要作用。欲善其事，必利其器。練好基本功，修煉好自己，才能無往不利。

（二）油藏數值模擬基本數學模型

油藏數值模擬基本數學模型的建立包含守恒方程（質量守恒方程、能量守恒方程）、運動方程、狀態方程、輔助方程、定解條件等。其中，質量守恒方程考慮的是流體在多孔介質中的流動問題。我們把地層條件下黏度大于50mPa·s或地面標況條件下黏度大于100mPa·s的原油稱為稠油。稠油的儲集空間一般屬于高孔高滲儲層，但是稠油自身黏度大，流動性差；目前比較熱門也是未來油氣資源主要來源的非常規石油資源（包括致密油、頁巖油等），原油黏度低，自身流動性較好，但是非常規儲層往往致密，孔隙度、滲透率低，從而造成了非常規石油資源開采的困難。由此可見，矛盾不僅存在于人與人之間，也存在于石油開采過程之中。面對矛盾，需要做的是“對癥下藥”。針對稠油油藏的開發，一般對原油采用提高采收率的措施，以提高稠油自身的流動性；而對于非常規原油，則需要對儲層采取改造措施如壓裂，從而提高儲層的孔隙度和滲透率等。另外，單一的連續性方程還不足以建立完整的數學模型，還需要結合其他原理和輔助條件。在社會活動中，個體的力量畢竟有限，善于整合和團結有利的資源，才有可能辦成事情。

在理論介紹的過程中，結合上機實踐，通過油藏數值模擬實例訓練，可以使學生更好地理解“油藏數值模擬”這門課程，更好地掌握油藏數值模擬這門技術。圖1～圖6展示了利用油藏數值模擬方法開展實際油藏開發的實例。理論與實踐相輔相成，缺一不可。課堂上只教授理論，會過于抽象，不利于學生理解；但是如果只強調操作與上機實踐，學生的理論基礎不牢，也會出現知其然而不知其所以然的后果。

圖1 泌淺10區全區日產液、日產油歷史擬合圖

圖2 IV91層蒸汽吞吐結束時含油飽和度場圖

圖3 IV91層蒸汽吞吐結束時剩余儲量豐度場圖

圖4 IV91層蒸汽吞吐結束時地層壓力場圖

圖5 IV91層蒸汽吞吐結束時溫度場圖

圖6 IV9層生產動態預測

（三）油藏數值模擬發展趨勢

油藏數值模擬的基本步驟主要包括：擬定油藏模擬目標、基礎資料的準備、建立油藏模擬模型、歷史擬合、油藏動態預測等。由于計算機性能及計算機技術的飛速發展，未來油藏數值模擬的發展是與人工智能的結合。目前，人工智能在油氣田開發的替代模型設計、產量預測、生產方案優化等方面具有廣泛的應用。對于油藏數值模擬，歷史擬合是其中非常重要的一個環節。一般來說，歷史擬合的精確程度取決于油藏工程師的經驗。現在已有專家開發了將內部數值模擬程序包和基于人工神經網絡的專家系統相結合的神經模擬協議，運用神經網絡模型和遺傳算法加快歷史擬合的計算速度、提高歷史擬合的精度。隨著油氣田開發復雜程度的不斷增加，油藏數值模擬的難度也將會不斷增加，相應的油藏數值模擬技術也會不斷發展。技術是不斷發展的，要用發展的眼光看問題。舊的、落后的技術必將被淘汰，新的、先進的技術必將興起。

“油藏數值模擬”課程是石油工程專業一門重要的專業基礎課，旨在從理論和實踐兩方面培養學生運用所學專業知識解決實際工程問題的能力，能夠運用油藏數值模擬方法解決油氣田開發中存在的常規動態分析和方案設計等具體問題。推進“油藏數值模擬”課程思政建設，是落實立德樹人根本任務的舉措。專業和思政的結合，更能激勵年輕學子刻苦攻讀專業知識，為將來學以致用、為國攻關，打下堅實的基礎。