國內(nèi)外高校“鉆井工程”課程知識體系研究

陳冬 張敏 周舟 盧運虎

［摘 要］ “鉆井工程”是中國石油大學（北京）面向石油工程、海洋油氣工程的本科生開設(shè)的一門專業(yè)必修課，是從事石油工程工作必不可少的基礎(chǔ)課程之一。課程旨在向?qū)W生傳授鉆井過程中所涉及的理論知識、計算方法和相關(guān)技術(shù)，課程內(nèi)容共包括：緒論、鉆井工程地質(zhì)條件、鉆機與鉆具、鉆井液、鉆井參數(shù)優(yōu)化、井眼軌跡與井眼軌跡控制、油氣井壓力控制與欠平衡壓力鉆井、鉆井復雜事故和鉆井工程方案設(shè)計簡介九個章節(jié)，并輔以相應(yīng)的實驗課程，采用新的知識結(jié)構(gòu)模式進行理論授課和實驗教學，使學生能夠全面掌握鉆井原理、工藝流程及設(shè)計方法，培養(yǎng)學生實現(xiàn)“鉆井工程”設(shè)計的能力。

［關(guān)鍵詞］ 鉆井工程；石油工程；知識體系

［基金項目］ 2020年度中國石油大學（北京）專業(yè)核心課程建設(shè)項目“‘鉆井工程過程性考核題庫建設(shè)”（2020-44）；2020年度中國石油大學（北京）研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程項目“《高等鉆井工程（全英文）》過程性考核云端題庫建設(shè)”（yjs2020026）

［作者簡介］ 陳 冬（1981—），男，河北張家口人，博士，中國石油大學（北京）石油工程學院副教授，主要從事智能鉆井和石油工程云計算研究。

［中圖分類號］ G642.3 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）32-0009-04 ［收稿日期］ 2022-06-21

一、課程簡介

鉆井是根據(jù)要求在地下鉆出井眼，不僅為地下流體（石油、天然氣、水）物質(zhì)提供流至地面的通道，而且逐漸成為提高油氣采收率的核心手段。隨著深海、深地資源（包括地熱、水合物等新能源）的開發(fā)，“鉆井工程”的重要性日益突出。

“鉆井工程”是石油工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課，主要講授鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢、鉆井工程的基本工藝原理及工藝技術(shù)，授課對象為石油工程、海洋油氣工程的本科生。目前，國內(nèi)開設(shè)此課程的高校主要有中國石油大學（北京）、中國石油大學（華東）、西南石油大學以及長江大學等。眾高校以理論聯(lián)系實際、實驗輔助教學等教學模式，配以不同的教學側(cè)重點，使學生能夠全面掌握鉆井原理、工藝流程及設(shè)計方法，要求學生能夠掌握油氣鉆井過程中的各環(huán)節(jié)，掌握相關(guān)的基本概念和理論，培養(yǎng)學生鉆井工程設(shè)計的能力。

二、課程內(nèi)容

（一）教材對比

目前，國內(nèi)“鉆井工程”課程的主流教材有陳庭根、管志川主編的《鉆井工程理論與技術(shù)》、陳平等主編的《鉆井與完井工程》和樓一珊等主編的《鉆井工程》等，國外高校選用的主流教材主要為Robert F. Mitchell主編的Fundamentals of Drilling Engineering。其中，中國石油大學（北京）和中國石油大學（華東）選用的教材是《鉆井工程理論與技術(shù)》［1］，全書旨在講述鉆井過程中的基本理論、基本計算、基本設(shè)計和現(xiàn)代主要鉆井技術(shù)的基本工藝過程的基礎(chǔ)上，推廣行業(yè)內(nèi)的新興技術(shù)與發(fā)展成果；西南石油大學選用的是陳平主編的《鉆井與完井工程》［2］，全書系統(tǒng)介紹了石油鉆井與完井工程的基本原理及工藝技術(shù)，不僅注意了鉆完井理論的系統(tǒng)性和成熟性，而且增強了讀者的工程實踐意識。長江大學選用的是樓一珊等主編的《鉆井工程》［3］，全書注重工程實踐環(huán)節(jié)，在章節(jié)內(nèi)容安排上，融入了鉆井工程的新發(fā)展與科研成果。

（二）知識體系對比

中國石油大學（北京）“鉆井工程”課程本著循序漸進的原則，講述了鉆井全過程的基本理論與鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，同時，設(shè)立合理的實驗課程，以實際操作驗證理論的準確性，加深學生對知識的理解程度，總學時56學時，包括實驗6學時。知識體系共包括九個章節(jié)內(nèi)容（見圖1），以及“鉆井過程模擬”“巖石可鉆性測定”“巖石硬度測定”三個實驗（見表1）。

“鉆井與完井工程”是西南石油大學石油工程專業(yè)本科生專業(yè)核心課程，本課程前身是石油工程專業(yè)的五門專業(yè)課，即：“巖石力學與鉆頭”“固井與完井”“鉆井工藝”“儲層保護技術(shù)”“泥漿工藝原理”。根據(jù)當前石油工業(yè)的發(fā)展狀況及人才培養(yǎng)方案的要求，在課時大幅度減少的背景下，課程建設(shè)將這5門專業(yè)課程進行課程改革，對課程內(nèi)容進行提取整合，融會貫通后最終開設(shè)了一門適用于油氣井工程學科的專業(yè)課“鉆井與完井工程”。課程總學時為80學時，其中課堂教學74學時，實踐教學6學時。課程知識體系包括九個章節(jié)［4］，實驗課內(nèi)容共有三項：“水基鉆井液配制及常規(guī)性能測定”“井控模擬演示”“水泥漿常規(guī)性能測試”（見表2）。

長江大學的“鉆井工程”課程側(cè)重于學生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，學生學完本課程后，應(yīng)達到熟練掌握“鉆井工程”的基本概念、理論和方法的水平。學校在保持課程內(nèi)容的先進性的基礎(chǔ)上，從將在鉆井現(xiàn)場已被廣泛重視和應(yīng)用的新技術(shù)和科技成果引入課堂、將所從事的科研項目中涉及相關(guān)課程內(nèi)容的部分適當引入課堂和搜集材料完善課本中缺失的部分知識三個方面來不斷完善教學內(nèi)容［5］。課程總學時為64學時，包括6學時實驗課程，知識體系包括十二個章節(jié)的理論課程和“巖石破碎力學”“水泥漿性能”“巖石可鉆性”三個實驗課程（見表3）。

Fundamentals of Drilling Engineering作為一本通用教材，以深入淺出的表達形式和平衡合理的知識體系廣泛應(yīng)用于入門級學習、中級學習和研究生學習中。全書共設(shè)有：旋轉(zhuǎn)鉆井簡介、鉆井地質(zhì)力學導論、鉆井液、固井、鉆井水力學、旋轉(zhuǎn)鉆頭、套管柱設(shè)計、定向鉆進、鉆柱設(shè)計基礎(chǔ)和鉆井復雜情況十個章節(jié)（見圖2），內(nèi)容涉及工程、地質(zhì)、化學、物理等領(lǐng)域，補充修訂了具有里程碑意義的第一本鉆井工程教材Applied Drilling Engineering中落后缺失的知識點和技術(shù)介紹，滿足了現(xiàn)階段的教育教學需要。

（三）異同點分析

國內(nèi)各高校“鉆井工程”課程的授課內(nèi)容大同小異，重點講解鉆井全過程的理論體系及其推導過程。其中，中國石油大學（北京）側(cè)重培養(yǎng)學生對基礎(chǔ)知識的吸收能力和對鉆井工程問題的理解分析及處理能力；西南石油大學側(cè)重理論與實際相結(jié)合，配合雙語教學，培養(yǎng)國際化的應(yīng)用型人才，在授課內(nèi)容中，設(shè)置了環(huán)境保護部分，符合當前社會綠色發(fā)展理念，踐行了中國能源環(huán)境的中長期發(fā)展戰(zhàn)略；長江大學側(cè)重于學生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，綜合培養(yǎng)學生面對實際生產(chǎn)問題時的分析能力和解決實際問題的專業(yè)能力。

國外高校所選用的主流教材Fundamentals of Drilling Engineering側(cè)重于對“鉆井工程”基礎(chǔ)知識的普及，主編在保留原有教材知識體系的基礎(chǔ)上，綜合考慮“如何有效和正確地使用新型計算機軟件程序”這一問題，特別是考慮到未來十年內(nèi)預計會有大量的人員流動這一情況，在Fundamentals of Drilling Engineering的章節(jié)內(nèi)容中加入了鉆井技術(shù)發(fā)展的新成果和新形勢。

三、考核方式

中國石油大學（北京）課程考核成績包括平時成績和期末考試成績兩部分，滿分100分，其中平時成績占30%，期末考試成績占70%。平時成績考核方式為作業(yè)或課堂提問，題目為涉及巖石力學性質(zhì)、鉆柱受力分析、水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和軌跡計算方面的計算題。期末考試為閉卷考試，題目類型有選擇題、填空題、簡答題或分析計算題，考查學生對基礎(chǔ)知識的掌握程度，對鉆井過程中的各種問題的理解、分析能力。

結(jié)語

本文對比分析了國內(nèi)外各石油高校的教材內(nèi)容以及學時安排，從課程目標、課程內(nèi)容、課程對比和考核方式四個方面，比較系統(tǒng)地總結(jié)了中國石油大學（北京）“鉆井工程”的知識體系。國外一些石油類高校在此專業(yè)課中一直采用案例教學，尤其以頁巖氣井教學案例為主，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，應(yīng)用效果較好［6］。高校應(yīng)將“鉆井案例分析”環(huán)節(jié)納入教學內(nèi)容，以培養(yǎng)學生對現(xiàn)場環(huán)境與事故的認識和處理能力。中國石油大學（北京）“鉆井工程”通過理論授課和實驗教學相結(jié)合、過程性考核等措施，以培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才為目標，確保學生專業(yè)基礎(chǔ)扎實、綜合素質(zhì)高，為學校“雙一流”建設(shè)提供良好的教學基礎(chǔ)。

參考文獻

［1］陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術(shù)［M］.東營：中國石油大學出版社，2017：2-5.

［2］陳平.鉆井與完井工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011：2-7.

［3］樓一珊，李琪.鉆井工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2013：2-6.

［4］曾德智，付建紅，施太和，等.《鉆井與完井工程》精品課程建設(shè)與探索：以西南石油大學為例［J］.西南石油大學學報（社會科學版），2018，20（5）：69-75.

［5］李忠慧，樓一珊，熊青山，等.石油工程專業(yè)“卓越工程師班”《鉆井工程》課程教學方法探討［J］.赤峰學院學報（自然科學版），2017，33（14）：200-202.

［6］李岳祥，王勇，楊昭，等.應(yīng)用型民辦本科院校鉆井工程課程改革探索［J］.黑龍江教育（理論與實踐），2019（5）：60-61.

Analysis of the Knowledge System of Drilling Engineering Course in Colleges and Universities at Home and Abroad

CHEN Dong， ZHANG Min， ZHOU Zhou， LU Yun-hu

（School of Petroleum Engineering， China University of Petroleum（Beijing）， Beijing 102249， China）

Abstract： Drilling Engineering is a required course for undergraduates of China University of Petroleum （Beijing） in petroleum engineering and offshore oil and gas engineering， and it is one of the essential basic courses engaged in petroleum engineering work. This course aims to teach students the theoretical knowledge， calculation methods and related techniques involved in the drilling process， including： introduction， Drilling Engineering geology， drilling rig， drilling fluid， drilling parameter optimization， drilling track and bore track control， well pressure control and underbalance pressure drilling， drilling accidents and Drilling Engineering design， and experimental teaching with new knowledge structure patterns which enables students to fully master drilling principles， process and design methods and develop Drilling Engineering design ability.

Key words： Drilling Engineering; petroleum engineering; knowledge system