油藏數值模擬課堂教學改革探索

萬 濤，萬 悅，郭 靜

（中國石油大學（北京）克拉瑪依校區 石油學院，新疆 克拉瑪依 834000）

油藏數值模擬是利用計算機建立三維地址模型從而模擬實際油田的開發和預測油藏動態的一門技術，早已成為油氣田開發中不可或缺的方法，普遍應用于各種油氣藏開發過程中。這是一門綜合性很強的課程，結合油藏地質和油藏工程原理，以滲流力學、數學物理方程和計算方法為基礎，使用計算機應用油藏數學模型，研究地層中各項流體的滲流規律、原油的復雜驅油機理及剩余油分布，進而模擬整個油藏開發工程，在油氣田開發過程中進行大規模決策、評價油藏和油藏產能的診斷和提高。由于油藏數值模擬涉及多方面多學科的知識，在教學任務和教學方法上需要進一步地思考和改進，以培養學生的自主學習意識，以及對知識的掌握和應用于實踐的能力，從而在時代進步過程中更好地培養創新型實踐人才。

一、當前油藏數值模擬課程現狀

（一）教學模式單一化，缺乏個性指導

油藏數值模擬課是在學習完油藏工程、采油工程、滲流力學和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。但通過研究發現目前國內部分高校習慣將幾門課程相獨立，學生無法將幾門課程的知識相關聯并加以運用，這也使整體課程體系不夠完善。油藏數值模擬能鍛煉學生的思維，增強分析解決問題的能力，對今后勘探開發石油工作有重要的作用。但是部分高校仍然保留傳統教學模式，沒有將科技和現有教學資源充分利用，從而無法提高學生的創造性。

（二）應用型高?？萍紕撔屡c社會需求實際脫節

油藏數值模擬是一門需要高專業性、高邏輯性的課程，內容包含了石油專業課知識和數學有關概念，所以比較抽象、難懂。而現在大多教學過程往往只注重理論知識的講解，忽略了技能的實踐，以至于學生無法盡快適應油氣藏開發工作。再加上難度較大，學生積極性不高，對課程內容也是一知半解，更別提將理論和實踐相結合。油藏數值模擬是油氣藏開發過程中必不可少的一部分，精準地掌握課程知識是教師對學生的期望，同時也是教師的任務。但是教學效果往往和預期有所差距，極少數學生可以在教學過程中理解數值模擬理論知識，以及熟練運用軟件去解決問題。所以對于實際問題的解決、處理真正需求的時候就會手忙腳亂，不知從何處下手。

（三）課程內容復雜

當前教學體系中，油藏模擬和滲流力學、油藏工程幾門課程的獨立性較強，以至于油藏課程總體系相對不是很完善。油藏數值模擬課程雖然是選修課程，但卻是綜合多門學科及連接油藏工程和地質工程的橋梁。目前國內大多數高校的教學模式和傳統教學并無太大差別，沒有在時代發展中保持同步協調，未充分利用現有的資源進行多樣化教學。例如：教學過程中對理論知識的講解和傳授非常重視，但是卻忽略了理論與實踐相結合，缺乏知識應用和技能實訓；針對學生的教學板塊缺乏側重點的區分，沒有形成系統的知識體系，最后導致學生真正實踐于油藏開發時并不能從容應對所出現的問題。油藏數值模擬是門比較綜合和復雜的課程，僅僅通過一個學期四十個課時是不能讓學生完全掌握和吸收其中的知識的。如果想在今后實際工作中運用數值模擬解決實際問題，除了需要學生在課堂上跟著老師的思路學習之外，更要在課堂之外發揮自主能動性，積極主動復習課堂知識，攻克難點，多閱讀文獻，從而理解油藏數值模擬在實踐中的應用。

（四）專業基礎不牢固

最近幾年，響應國家號召，石油專業招收的研究生部分是跨專業過來的，本科階段沒有學習過石油方面相關的知識，缺乏對油藏的基本認識與思考。針對這部分學生，需要老師不能直接頻繁地用專業術語及對涉及綜合知識的淡化，而是需要主觀引導和客觀解惑。研究生相對于本科生而言，自學能力和學習意識要強化一些，但是剛步入研究生階段的學生們，往往需要老師指引方向才能努力向前。因此，在油藏數值模擬課程的教學過程中更需要授課老師的細致引導。

研究生教學中，更需注重將理論知識應用于實踐，但是目前并沒有一套完整系統的教學體系將綜合性理論知識和產業實踐相結合。事實上，不僅僅是跨專業研究生，還有一些對基本專業知識掌握薄弱的同學來說，直接進入油藏數值模擬的學習中也會很茫然。如果學生從一開始就對理論知識缺乏求知欲，或者短暫地學會課本知識而不能在實驗中得到自我認識和思考，畢業之后也很難從事石油開發。

（五）開發環境復雜

石油作為最主要的能源，人們的需求日益增加，各國之間對于石油的生產、競爭也更加激烈。從二十世紀九十年代開始，我國石油開采量不斷增加，但我國石油資源多分布在東西部地區，并且西部地區大多分布在山地、沼澤等惡劣環境中，這無疑給開采行動制造了許多難題。在新疆準噶爾盆地存在我國陸地的重要油氣富集地，蘊含巨大的油氣潛力，但是在開發中卻面臨著地質條件復雜、工程難度大和成本太高等挑戰。目前的學科特點和培養方案很難滿足現在的石油發展需求，目前石油工程專業知識已不能滿足實際復雜的油氣生產需要，因此需要對教學方法和培養方案進行改革。由于近年能源開發取得重大突破，油氣勘探步伐不斷加快，更好、更快地培養石油工程專業人才顯得至關重要。特別是我國一些重要油氣富集地所蘊含的致密油氣潛力巨大，但開發中面臨著許多挑戰。以目前的學科特點和培養方案很難滿足現在的石油發展需求，因此需要改革教學方法和培養方案。

二、項目實施

為全面貫徹全國教育大會、新時代全國高等學校本科教育工作會議精神，落實《中國石油大學（北京）克拉瑪依校區關于落實立德樹人根本任務和“高層次、應用型、國際化”人才培養目標的意見》要求，推進教育教學改革研究，提升人才培養質量，以及解決現階段出現的種種問題，開展油藏數值模擬課程教學方法改革的需求十分迫切。“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，油藏數值模擬對于石油工程專業學生從事石油行業有重要作用。為了順應時代的變化，各大高校都在努力培養高質量人才，為了適應新形勢的變化，我們也應該順應新的要求，進一步提升培養規格，完善培養方案。在油藏數值模擬方面，本校也應該加強學科特色，突出專業特點，逐步把特色變為學校優勢。另外隨著油氣資源品質的劣質化和老油田開發進入中后期，國內也急需破解這些難題的新理念、新技術和新實踐。

（一）改革目的

本文主要是研究讓石油工程專業學生基本掌握油藏數值模擬技術和方法，培養學生用智能方法解決油藏問題，在當前課程體系中，油藏模擬和滲流力學、油藏工程課程相互獨立，造成油藏課程總體不完善，所以如何建立清晰的培養目標來構建明確的教學標準、推動油藏模擬課程與油藏工程和滲流力學課程的相互滲透是本次教學方法改革的核心所在。

隨著近年來科技和經濟的發展，應用型創新人才炙手可熱。要培養出油藏數值模擬方面的創新人才就要老師們將最新最好的技術傾囊相授，只有掌握了新的熱點、新的信息，才能逐漸成長為創新型人才。這也是這次教學方法改革的目的所在。

（二）項目改革內容

首先，針對油藏數值模擬課程的理論教學內容不是單一的固定課本教學，并且會針對班級同學學習情況適當地加入一些油藏工程和地質工程的內容。該項目旨在推動油藏模擬課程與油藏工程和滲流力學的相互滲透，從而對油氣藏有全面的認識。其次在實踐方面，通過項目帶動，改善用于支撐應用型辦學的條件，極大地豐富了高校實踐教學資源，轉型試點高校和項目單位成為承擔省級項目的主力。在課程體系實習中，當前實踐課程包括地質認識實習、生產實習和畢業實習。這些實習雖然可以滿足基本專業培養需要，但是對人才培養的提升還不夠。這些實習的方式和內容相對陳舊，并沒有和現代化需要相結合。為了保障一體化項目能夠深入開展實施并取得理想的結果，一體化團隊需要高效和技術性較強的工作平臺。需要思考的是如何培養學生處理復雜油氣藏的能力，推進油藏模擬課程建設，努力爭取建成一批引領產業發展的高水平本科專業、服務區域和支撐產業轉型升級的應用型專業。尤其針對新疆油區，要培養學生面對復雜油藏時具備數值模擬的能力，在工程地質一體化的基礎上能夠把握油藏模擬的關鍵。

（三）項目實施方案

1.現代化教學

傳統教學方式中，授課知識全部來自于老師在課堂上的講述，一般來說一門課程四十個學時就要講授完成。事實上，對于油藏數值模擬這門課程來說，四十個學時無法講解完全部知識點，也無法保證學生能夠吸收并應用到實際采油中。由于數值模擬課程的綜合性和復雜性，教師們應先制定完善且合理的教學方案和教學體系，需要有側重性地講解知識并隨著學生理解情況適時補充及安排實驗。隨著科技的進步，網絡教學的出現可以讓學生實現自我學習和補充。實施線上線下雙教學的模式，學生課堂上沒有理解或者忘記的知識可以課下打開老師的教學視頻反復觀看、充分理解。這種教學方式充分利用了網絡平臺的優勢，讓教學資源可以被更廣泛接收。這樣不僅對老師的授課內容進行了記錄，而且大大提高了同學們的學習主動性，能夠充分發揮同學們的主觀能動性。

2.教學重點的改變

目前，油藏數值模擬這門課程的教學大綱基本上是一致的，側重書本上的理論知識更多。當然，理論是實踐的基礎，沒有理論知識是無法開始實踐的，但是如果不能將理論應用于實踐，理論知識便發揮不了價值?，F在，要以解決實際問題為目標，要促進理論和實踐的融合，基于油藏數值模擬課程性質，對于成熟理論可以適當簡化，讓學生更好地理解和掌握。同時也應在軟件學習和應用方面有所加強，在教學課時上可以多花些時間和精力，并通過小作業或者小組討論的形式強化練習。以實際小例子為要解決的問題，給學生一定時間去思考和討論，最后以小組為單位匯報解決方法和結果，從而能夠更好地應對之后的油田開發中的問題，在解決實際問題和處理數據方面打下了堅實的基礎。

3.具體方案

針對如何培養學生處理復雜油氣藏模擬的能力這個問題，應有一個系統并合理可實施的方案。首先要加深學生對油藏數值模擬課程內容的理解。不能僅僅認為學習的目的只是應付考試，最后毫無所獲。要讓同學們意識到油藏數值模擬在今后的石油開發中不可或缺的重要性，通過就業教育、企業信息反饋和畢業生就業的具體實例，使學生明白學好油藏數值模擬是關乎生存與發展的事情。在教學內容上，要在理論概念和基本知識講解清楚之后，通過講解案例與油田開發現場生產聯系起來，在實踐中講解專業課知識，指出哪些技術哪個理論解決了什么樣的問題。這樣可以讓學生對所學知識有更深刻的認識，課下也更好理解，在教學內容的豐富下，學生們的基本理論和專業能力有所提高。另外，利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、流體飽和度變化與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。在課堂中激發同學對于學習油藏數值模擬的熱情，多增加一些課堂互動，以活躍課堂氣氛，適當聽取一些學生意見，引發學生思考。通過正確引導與啟發，學生樹立了正確的學習動機，具備了學習的積極性之后，就具有較強的求知欲，在課堂上會處于一種積極的思維狀態。

通過編寫二維二相數值模擬程序，使得學生得以深刻理解數模的計算過程和所采用的算法，對書本中的復雜公式及軟件應用有了初步而具體的認識，為將書本知識應用到實際油藏模擬開發中打下了一定的基礎。另外，需要拓展學生對油氣田開發的知識范圍，對于數值模擬課程的綜合性要有清楚認知，對其他學科知識也要有一定的了解。通過學習模塊自帶的例題，使學生掌握局部網格加密、流線模型、組分模型、煤層氣開發和歷史擬合等油藏數值模擬知識，提升學生應用軟件的能力。運用軟件去解決油藏問題是油藏數值模擬課程必須要掌握的知識，通過實際油藏的簡單地質模型，同學們運用Eclipse 或者CMG 軟件，逐步導入高壓物性參數、油藏物性參數、井的生產歷史數據和相滲數據，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。

在培養學生解決實際問題的能力方面，應加強同學們的動手能力。首先可以鼓勵學生編寫簡單的數值模擬軟件應用，一方面可以鍛煉學生的動手能力，另一方面，如果有學生編寫出可行的軟件可以申請軟件著作權。其次應鼓勵同學們積極參加大學生創新項目和石油工程設計大賽等比賽，將課堂上所學習的知識應用于比賽問題當中，不僅可以對所學知識進一步掌握，同時也可以培養思維創新能力，以及軟件的運用和熟練度。

4.考核方式

就目前來說大多數油藏數值模擬課程主要考核方式有三個部分。一是平常的作業成績和日?？记诔煽?；二是期中考試成績；三是期末考試成績。這些傳統的考核方式其實對于油藏數值模擬這門課程沒有激發學生的創造力和實踐力。為了讓學生對所學知識有更深入的思考和理解、提高學生對油藏數值模擬的興趣和自主性，在課程考核方式上應有相應的改變。希望能夠在數值模擬軟件、機理模型等實例方面加重比例。

另外在課堂質量上，也應加強管控，通過建立有效的教學信息反饋渠道和考核機制，讓教師和學生之間能夠有效溝通，加強對課堂教學全過程的檢查與評估，建立一套較為科學、可行的評價體系。要針對實際，定期對大學生的思想和心理展開教育，嚴格管理考試紀律，加強制度建設，杜絕一切考試作弊現象，保證教學質量。

（四）可行性分析

首先中國石油大學（北京）克拉瑪依校區將建成油藏數值模擬專用實驗室，并且擁有斯倫貝謝公司免費捐贈的Petrel 軟件，給學生們提供了自主實驗的機會。其次石油學院建立有“油氣資源與探測國家重點實驗室分室”，將建立1～2 個研究中心（研究所），將建成1～2 個省部級重點實驗室。并且建設針對新疆特色油氣藏開發的科研實驗室。新疆油氣區的油氣藏獨有特點：致密油氣藏、深層高溫高壓油氣藏、高采出程度高含水油藏、稠油超稠油油藏、油砂礦及煤層氣等。這些硬件條件對本項目實施有著非常重要的作用，保證項目的可行性。

三、教學改革實行的預期效果

加深了學生對油藏數值模擬的基本概念、基本內容及基本方法的了解，掌握了數值模擬模型的數值求解過程，通過運用油藏數值模擬軟件，開拓了學生對油氣田開發知識的視野，提升了學生自主求解的能力；學生能建立基本的數值模型、能制定一套較合理的開發方案，并能將油藏數值模擬的求解過程運用到實際的油氣田開發中，能做到理論和實際運用相結合，提高了解決實際問題的能力。在學生自己動手的過程中既提高了創造力又引發了濃厚的興趣；通過這次教學方法的改革，老師們將新方式與傳統方式進行結合，取得了更好的課堂效果；改革后，課程體系不斷完善，課堂內容不斷豐富，教學方法也多種多樣。

四、結束語

本項目研究油藏數值模擬的核心特色是地質研究和工程實踐緊密結合，通過項目統一管理、加強課程交流及深化專業融合等方式，打破學科的壁壘，激發學生的創新與學習能力。針對油藏數值模擬課程的綜合性和復雜性，實現多學科融合貫通，知識的相互關聯與應用，采用線上線下雙教學的方式，為同學們的自主自學提供了教育資源。相信隨著教育工作者們的研究和探索，一定可以在原有的教學基礎上實現更深入和有效的教學模式。本課程改變傳統的單一教學方法，教師在課堂上強調深化理論知識的傳授同時還要注意加強學生的實踐能力和創新能力的培養。應用型人才的培養要從提高學生的動手能力開始，并且油藏數值模擬綜合性較強，是一門需要把理論知識和實踐應用高度結合的課程，所以該課程對學生的創造力和實踐能力有很大的要求。通過這次教學方法改革，學生們可以編寫數值模擬程序從而模擬油藏工程問題。油藏數值模擬包含科目較多，是石油工程專業最難的課程之一，課程在不斷發展，新的教學方法和形式不斷涌現，要培養出應用型數值模擬方面人才還需要教師們繼續嘗試研究，相信教師們都會找到最適合自己、最符合學生實際的教學方法。