石油工程专业本科井控技术“应用型启发型教学”模式研究

孔祥伟

摘  要：井控技术是石油工程专业较为重要的基础学科。目前石油工程专业本科阶段、研究生阶段均有井控技术的学习课程。井控技术教材不完善、针对油田生产实用性不强，学生在课堂学习的积极性不高，无法达到油田用人单位的要求。经作者多年井控技术本科教学实践，探索提出了“应用型启发型教学”的具体操作方法，提出了“抛题、互动、演示、实例、启发”相结合的5步教学方法;针对教学过程中学生听讲感到枯燥的问题，提出井控技术5层递进问题法，从而吸引学生注意力，其中循序渐进的问题包括：主要问题、分支问题、即时回答问题、启发问题、课后思考问题5大类;综合油田用人单位的需求、井控技术等课程特点，提出了“问答、操作、笔试、发挥”的4重考核方法。经过4年教学实践，油田用人单位反馈效果良好。

关键词：井控技术;应用型;启发教学;油气勘探;石油工程专业

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）30-0078-04

Abstract： Well control technology is an important basic discipline in petroleum engineering. At present， there are well control technology courses in undergraduate and graduate stages of petroleum engineering. The teaching materials of well control technology are not perfect， practicality for oilfield production is not strong， and students' enthusiasm for learning in class is not high， which can not meet the requirements of oilfield employers. After years of undergraduate teaching practice of well control technology， the author explores and puts forward the specific operation method of "application-oriented start-up teaching"， and puts forward the 5-step teaching method of "throwing questions， interaction， demonstration， examples and inspiration"; aiming at the boring problems of middle school students' listening in the teaching process， this paper puts forward the five-level progressive problem method of well control technology， so as to stimulate students' attention. The step-by-step problems include： "main problems， branch problems， after-school thinking problems， immediate answer problems and enlightening problems"; based on the needs of oilfield employers and the characteristics of well control technology， the four-tier assessment method of "question and answer， operation， written examination and play" is put forward. After four years of teaching practice， the feedback effect of oilfield employers is good.

Keywords： Well Control Technology; application type; enlightening teaching; oil and gas exploration; petroleum engineering

井控技術专业性很强，涉及的数学理论知识比较复杂，依靠单一的讲授法开展井控技术的教学，容易使学生在学习的过程中产生一定的思维疲惫，学生注意力容易涣散，从而使得井控技术的教学效果不好，加之井控技术实践性较强，学生进入油田单位工作，就不能很好地把课堂知识应用到现场钻井实际操作中。

近年来，各石油高校针对井控技术教学进行了诸多的改革与创新，在教学中应用了多种教学模式，同时也增加了学生实验课的课时，使得井控技术的教学效果有了一定提升，目前具有代表性的教学方法[1-5]包括：互动式教学、实践式教学、启发式教学、探究式教学、易位式教学、案例式教学、研讨式教学、混合式教学、情景式教学、问题式教学等。经过作者多年的教学经验[6-8]，综合分析各种教学方法，找到了适合井控技术的应用启发式教学方法[9-11]，该方法在油田及学生的现场实际操作中均取得了较好的效果。

一、井控技术特点及发展历程

随着油气勘探开发领域的不断延伸与扩大，油田对井控技术和钻井人员素质的要求越来越高。井控工作关系到能否发现和保护油气层、充分发挥产层的生产能力。只有实施平衡压力钻井技术，在钻井过程中对井内油气加以有效地控制，才能得到较好的勘探开发效果。要实施平衡压力钻井，没有井控技术是不可能实现的，作为各个专业课的桥梁，深入油田实际操作，更好地掌握井控技术专业知识，为油田用人单位输送专业型人才，井控技术课程的教学显得尤为重要。从近几年井控技术教学来看，学生对该课程的学习流于形式，没有达到用人单位的要求，从而未达到预期教学目的。

井控技术的发展历程，概括起来分为：（1）经验阶段：（上世纪五十年代以前）;特点：勘探领域一般限于陆地，海洋勘探刚开始，客观环境对井控技术要求不高，尚未形成系统理论，将井喷作为发现油气层的重要途径。（2）系统理论形成阶段（上世纪六十七年代），近海油气勘探发展很快，自1970年以来，钻井船平均以每年9.8%的速度增加。深井油气藏勘探开发成为油气产量和储量增加的重要方向。油气勘探领域纵深发展对井控技术提出迫切要求，井控技术理论逐步形成系统。（3）井控培训学校大量出现，进入科学自动化（电子技术）阶段，通过计算机控制，获得钻井过程的一系列参数，可快速准确发现地层压力变化，可预测钻头以下的地层压力，井口及地面控制系统的智能化，此时井控技术培训、大中专院校井控技术教学如火如荼地发展起来了。

二、井控技术本科生教学中存在的问题

长江大学井控技术教学计划设置在第5学期，课程设置计划为10周，共计40学时，该课程由教授、副教授、讲师等教研团队担任主讲完成教学工作。总结任课教师、学生反映及油田反馈的教学情况，该课程主要存在以下弊端。

（一）教材实践性不强，且理论教学与生产实际脱节

井控技术分为井控设备及井控工艺两大部分。在井控设备方面，学生没有机会去到油田现场，这就造成学生对设备没有形象的感性认识，从而使学习的过程呈现出一头雾水的现象，很多教材也没有较好地展现各个井控设备之间的关联;井控工艺部分的教材主要介绍井控井筒受力等相关数学模型情况，没有考虑到本科学生没有实际现场操作背景，从而造成学生不能很好地理解教材的数学模型。

井控技术是一门数学、机械、力学、软件等的交叉学科，相关的教材部分章节公式复杂，目前井控技术的教学没有做到深入浅出，并且没有针对油田问题的课后作业及实例分析，学生在学习过程中无法将从课本中学习到的知识很好地应用到实践中，造成知识脱节，从而失去学习动力。

（二）学生课堂学习积极性不高，如何调动积极性是一大难点

由于井控技术课程是比较抽象的石油工程课程之一，学生第一节课较为感兴趣，随着课程推进，学生积极性逐渐下降，感到枯燥无味。加之很多学生只是为了完成学业修学分，无法高质量做到在课堂的认真听讲。如何借助现有的多媒体、黑板、井控道具，生动地讲述井控技术，调动学生积极性，进行师生互动，是井控技术教学的一个难点。

（三）井控技术理论联系实践考核效果不理想

井控技术作为一门选修课，又是油田实际操作的重中之重，如何考核一直困扰着教师。如果井控技术的考核采用常规考试的模式，势必考察不出学生的实际操作能力;如果根据平时课堂的成绩来定，就容易造成学生成绩量化不规范的现象，失去公平性，造成不公平现象，久而久之使学生失去了学习的动力。如何真正地考核出学生的理论水平和动手实践能力，为油田培养应用与创新的复合型人才，就成了授课教师不可逃避的问题。

三、井控技术本科教学中的改革措施

课程内容既要考虑到井控技术与其他专业学科的相关性，又要考虑该课程自身的特殊性，在此指导思想上，从教学及考核两大方面进行教学改革。作者提出了“抛题、互动、演示、实例、启发”相结合的5步教学方法;针对教学过程中学生听讲感觉枯燥问题，提出井控技术5层递进问题法，从而激发学生注意力，问题也是循序渐进的，包括：主要问题、分支问题、即时回答问题、启发问题、课后思考问题5大类;综合井控技术的难点、实践性强等特点，对考核提出了“问答、操作、笔试、发挥”的4重考核方法，来应对石油工程专业本科井控技术“应用型启发型教学”。图1为石油工程专业本科井控技术“应用型启发型教学”对策图。

（一）井控技术5步教学方法

经过多年的教学实践，可将井控技术5步教学方法概括为：“抛题、互动、演示、实例、启发”。（1）抛题：在于问题抛出，比如：是什么（what，如概念，研究对象，什么是井控）;为什么（why），要研究它或者研究它有什么作用？该事物或者问题具有什么样（how）的特点？如何去研究它？（2）互动：是以学生和教师互动的模式，通过交流、研讨形式来研究某一问题的一种教学方式，可培养学生的自主学习和研究能力，提高学生学习的积极性。（3）演示：主要通过PPT、物理模型实物等给学生演示井控设备组成。（4）实例：通过具体的案例，如给出钻井的实际地层条件，井况等条件，给出具体问题的解答过程，用黑板板书展示。（5）启发：通过课程的学习，要及时提出创新性的做法及发明性的想法。

（二）井控技术5层递进问题法

井控技术分为现场操作及理论知识两大部分。由于学生现场感不强，井控理论枯燥，为了克服这些课堂困难，教学过程中需要多次提问，激发学生注意力。教师提问问题时也要有一定的章法，需要循序渐进。

作者经过大量实践，总结课堂问题包括：（1）主要问题;（2）分支问题;（3）即时回答问题;（4）启发问题;（5）课后思考问题5大类，达到层次递进，逐步深入的目的。如井控技术的关井一章，主体问题是关井概念是什么;分支问题是软关井概念是什么及硬关井概念是什么;即时问题是关井种类有哪些;启发问题是如何快速安全关井保障井底安全;思考问题是为什么要关井。

每堂课根据教学内容，要不定时地提问问题，这样一方面可以摆脱枯燥的听讲，另一方面学生可以加深对知识点的印象。

（三）井控上井模拟实验法

因为井控技術的实践性较强，井场较为偏远，加之没有安全培训不允许学生上井，井控技术的课程实际操作很难实现，这就需要引入井控模拟设备，学生可在电脑上实现关键井控作业（起下钻、开关井、溢流、井漏、卡钻等）工况模拟。目前长江大学井控技术课总计40学时，其中上机模拟课只有4学时，远不够学生实习模拟需求。针对应用型较强的井控技术课，应大大加强实习模拟，在井控技术前期课程的讲解方面，教师应带领学生操作、回放操作视频，让学生了解井控技术的工程概念，再开展相关的井控工艺教学。

（四）井控技术的4重考核方法

对考核提出了“问答、操作、笔试、发挥”的4重考核方法，具体做法如下：

（1）问答：问答采取记录式的问答，随机选取若干学生，将学生回答问题的情况记录在教案上，每学期基本争取所有学生能问答三次，作为最后考核的一个指标。（2）操作：通过井控模拟软件，可以模擬井控实际操作，比如软关井、硬关井的关井流程，模拟软件可以自动给学生打分。（3）笔试：期末采取传统试卷的模式，对学生开展考核。（4）发挥：发挥题考核打破了传统的考试模式，采用不定的答案，学生自由发挥的形式，这样极大地发挥了学生的想象能力，也能考核选拔出创新性人才。

（五）井控技术成绩权重法

1. 综合成绩判定

根据上述给出的4重考核方法，作者制定了相应的考核权重，表1为井控技术成绩权重法，从而确定考试成绩公式为：

2. 二标度权重分析模型建立

表2为二标度权重分析模型，对考核方法中问答、操作、笔试、发挥等各因素进行一标度模糊综合评判，通过综合子因素的各评价等级对对象取值的贡献，做出二标度单因素评判。经过井控技术课程的探索，将关键权重评价因素概括为：（1）油田单位满意度、（2）学生满意度、（3）学校教育满意度、（4）学生实际操作能力、（5）学生理论学习水平、（6）学生素质能力、（7）社会对学生认可度、（8）未来学生对社会贡献能力。

以2020年井控技术的评定成绩为例：（1）油田单位满意度占比12%;（2）学生满意度占比11%;（3）学校教育满意度占比2%;（4）学生实际操作能力占比22%;（5）学生理论学习水平占比8%;（6）学生素质能力占比15%;（7）社会对学生认可度占比16%;（8）未来学生对社会贡献能力占比14%。通过归一化得到各因素权重如表3所示，从油田单位调研和计算结果可看出操作权重0.33，笔试0.29，可见应用型课程的操作能力比理论考试更为重要，在以后的教学大纲及课时制定等方面，应针对应用型课程进一步加大实际操作的教学及考核，争取最大程度为国家培养复合型应用人才。

四、实践效果

作者在2017至2021年4年期间对井控技术教学进行了一系列尝试性改革，其中引入 “抛题、互动、演示、实例、启发”相结合的5步教学方法;提出“主要问题、分支问题、即时回答问题、启发问题、课后思考问题”的井控技术5层递进问题法;“问答、操作、笔试、发挥”的4重考核方法，同2015-2016年未改革时相比较，毕业的学生普遍受到了油田用人单位的好评，主要原因在于井控培训是油田单位入岗培训的第一课，经过作者提出的“抛题、互动、演示、实例、启发”5步教学法学习的学生，能很快融入油田岗位，并能创新性提出较多改进方法，这种教学方法达到了学以致用的目的。

五、结束语

作者针对井控技术在教材内容、课堂现状、教学方法以及考核评估环节存在的问题，提出了“抛题、互动、演示、实例、启发”相结合的5步教学方法，综合井控技术的难点、实践性强等特点，对考核提出了“问答、操作、笔试、发挥”的4重考核方法，结合文章提出的教学与考核方法，进行了实际的教学探索。经过4年对学生的培养，油田及学生反映效果良好。

参考文献：

[1]乔东生，丛培文，张崇伟，等.基于建构主义的《现代海洋开发》启发式案例教学改革研究[J].高教学刊，2021（2）：141-144.

[2]潘长宏.浅谈情景式教学的运用[J].科教文汇（中旬刊），2009（7）：95.

[3]许文学.“角色易位式”教学模式的探索与实践[J].科技创新导报，2010（9）：253.

[4]高晓雁.问题式教学模式的创新与实施[J].中国高等教育，2008（24）：43-44.

[5]王大庆，梁平，游赟，等.《油气集输工程》课程实验教学改革研究[J].科技风，2021（18）：22-23.

[6]余子昊，陈红鸟，唐宇翔，等.基于XFEM模拟的核级石墨断裂行为研究[J].应用力学学报，2021，38（3）：1036-1043.

[7]李春颖.产学研合作教学模式在油气管道防腐蚀技术课程中的应用[J].黑龙江科学，2021，12（11）：84-85.

[8]万军凤，代晓东，李雷，等.油气开发工艺虚拟仿真实践教学中心建设[J].承德石油高等专科学校学报，2021，23（2）：58-61.

[9]徐菁，张志红.“油气集输”课程教学改革质量评价研究[J].科技与创新，2021（7）：48-49+51.

[10]谢青，徐建平.新工科导向下基于CDIO理念的油气渗流力学教学改革——评《新工科背景下应用型人才培养教育研究及教学改革》[J].食品科技，2021，46（3）：330-331.

[11]陈华鹏，马飞英，徐豪飞.从学生视角谈油气层渗流力学课程教学改革创新[J].广东化工，2021，48（5）：280+282.