基于“石油工程綜合設計”的多學科協同工程能力培養實踐

韓國慶 李俊鍵 陳民鋒 盛茂

[摘 要] 該文介紹了石油工程專業綜合課程設計課程改革的方案、內容和實施效果，總結了改革的經驗和體會，對于工科類課程的綜合課程設計改革具有借鑒意義。

[關鍵詞] 石油工程;綜合設計;多學科協同

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

[作者簡介] 韓國慶（1969—），男，山東濟南人，中國石油大學（北京）石油工程學院教授，博士生導師，主要從事油氣田開發工程研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）38-0154-02? ? [收稿日期] 2020-07-10

石油工程綜合設計是石油工程專業新開設的一門專業必修課。該課程是把石油工程專業所學的有關課程（開發地質、油藏工程、采油工程、鉆井工程、完井工程等）的知識，綜合應用于解決實際油氣田開發實踐這一系統工程問題，最終形成一個完整的油田開發方案。這門課程對于培養學生解決復雜工程問題，達到工程教育認證中對于解決復雜工程問題能力的培養具有重要的意義。

因此，本次課程改革提出以油田原始資料和數據為基礎，加強訓練學生從原始資料中提出問題、分析問題和解決問題的能力，使學生能夠從油田生產的全局考慮進行各個專項工程設計，多學科協同提高學生工程能力。

一、石油工程綜合設計的內容

石油工程綜合設計課程強調實際動手能力和解決復雜問題能力的培養[1，2]。通過“課堂理論知識講授”“開發設計習題課堂研討”“期末課堂匯報”三個環節，實現課程教學任務。其中學生需要完成：（1）油藏地質描述、（2）油藏工程設計、（3）采油工程設計、（4）鉆井工程設計、（5）完井工程設計、（6）經濟效益評價開發方案設計、（7）編制方案報告等七方面實踐訓練，是對實際油田開發的一次預演，可以極大地提高學生全面系統掌握、靈活應用專業知識的能力和水平。

二、石油工程課程設計實施方案研究

（一）建設了系統的、完備的石油工程綜合設計課程實踐型教學資源

針對綜合設計要求，系統建設了教學大綱、任務指導書、講義PPT、設計軟件系統及教學視頻、地質、開發、鉆井及完井的數據資料庫等材料。特別是設計的目標油藏是一個近真實的油藏，充分協調考慮了真實性與學生可操作性之間的關系。根據勘探開發階段所提供的有關試油試采資料、儲層物性資料、流體資料進行油田開發方案設計。該案例以西部某油田為原型，修改部分數據使其能用于油藏數值模擬且具有方案設計的典型性和多樣性。除此之外，方案設計也不再是簡單的井網形式下的開發指標，加強了工程論證訓練，對工程設計主要決策，包括評價油藏的非均質性、開發層系、采油方式、井身結構等方面加強綜合分析和綜合論證，使得整個油田開發方案設計與實際更貼切。

（二）研制了滿足課程實踐應用的“石油工程綜合開發設計模擬平臺”

自主研發了基于自動微分算法的“石油工程綜合設計平臺”[3]。自動微分法是一種介于符號微分和數值微分的方法：數值微分強調一開始直接代入數值近似求解;符號微分強調直接對代數進行求解，最后才代入問題數值;自動微分將符號微分法應用于最基本的算子，比如常數，冪函數，指數函數，對數函數，三角函數等，然后代入數值，保留中間結果，最后再應用于整個函數。因此自動微分應用相當靈活，可以做到完全隱藏微分求解過程，由于它的計算實際是一種圖計算，可以對其做很多優化。所以自動微分方法與解析方法相比，計算結果更準確，計算速度更快。該軟件不僅僅具有算法上的優勢，更具有界面操作簡單，容易上手的優勢。石油工程綜合設計平臺將整個設計劃分為3大模塊，分別是油藏工程平臺、采油工程平臺、鉆完井工程平臺。在該平臺中，還提供儲量計算、等值線圖、連井剖面圖以及多種快速插值的方法如：反距離加權插值、克里金插值、最近鄰點插值等。這一系列功能都旨在簡化操作流程，讓學生們更專注于石油工程設計論證方面的內容。

（三）建立了合理的石油工程綜合設計研究能力考查及課程考核方法

采取“論文+答辯”方式對本課程進行考核，課程成績為設計報告、PPT匯報與回答提問三方面綜合考評獲得。這種互動式考核提高了研究生學習和創新的自主性與綜合素質.增進了學生問相互交流。匯報及答辯過程中采用小組抽簽的方式進行，克服了學生偷懶的僥幸心理，保證了所有學生均能全身心投入。

（四）精心設計了研究性教學活動

1.設置課堂知識點討論。綜合設計實踐性強，實用性高。下達任務書過程中，會以課程講解的方式對設計任務書進行講解，通過統一的講解，讓同學們了解課程設計的關鍵點以及設計思路。使同學們將石油工程的基礎知識與現場實際應用有機結合。

2.開展課下針對性研討。針對石油工程設計中具體的問題，讓課代表進行匯總，安排統一的時間進行研討學習，在理論學習的基礎上，設置油氣田開發決策中主要問題（如：開發層系的劃分、井網設計與部署、軟件使用問題等）作為專題進行討論。專題研討會的作用：一是培養同學的研究能力和綜合能力;二是培養同學的協作精神和團隊精神。

3.引入研究生進入本科教學。利用本課題組的碩士博士研究生資源，在綜合設計的過程中，遇到難點和疑點，可與本課題組的碩博研究生進行探討，他們之間的年齡相差不大，交流起來更方便，同時碩博研究生也有近幾年學習該課程的經歷，再加上研究生期間的學習，可有效地解決同學們之間的問題。

三、石油工程課程綜合設計改革實施效果分析

本次課程改革共有72名石油工程專業學生參加，其中24名學生學習教改內容作為實驗組，48名學生學習以往的內容作為對照組。兩組學生同時上課，結課，從課程成績、問卷調查、跟蹤調查三個方面進行效果評價。