融入课程思政的“油藏数值模拟”教学探讨与实践

吴正彬，谢丛姣，高复阳

（中国地质大学〔武汉〕资源学院，湖北 武汉 430074）

引言

油藏数值模拟作为油气田开发的一项重要手段，是一门综合性较强的技术。在理论上用来探索多孔介质中各种复杂的渗流问题，在工程上作为开发方案设计、动态监测、开发调整、提高采收率的有效手段，能为油气田开发技术措施的制定提供理论依据。

油藏数值模拟是一门多学科交叉的学科，学好“油藏数值模拟”课程，需要先学习较多的先修课程，包括数学类（“线性代数”“微分方程”“计算方法”“数值分析”）、专业类（“油气田开发地质学”“油层物理”“渗流力学”“油藏工程”“采油工程”）、计算机类（“计算机原理”“程序语言”）等课程。

通过“油藏数值模拟”课程的学习，学生能了解并掌握油藏数值模拟的基本概念、主要内容、基本步骤及基本原理，结合课堂上机实践进行油藏数值模拟实例演示和分析，做到将所学知识应用到具体油藏并进行模拟分析。

一、“油藏数值模拟”课程融入思政元素的必要性及可行性

培养什么样的人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题。落实立德树人根本任务，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体。全面推进课程思政建设，就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的世界观、价值观与人生观。课程思政是新时代对高等教育提出的新要求，是高等教育工作者的新任务，因此，授课教师应主动在学校的教学活动中，围绕教学任务和教学目标，以课程为立足点，落实立德树人根本任务，将德育元素合理渗透到专业知识中，充分认识课程思政的重要意义。

“油藏数值模拟”课程的主要教授内容包括：（1）绪论及油藏数值模拟在油气田开发中的作用；（2）油藏数值模拟基本数学模型；（3）差分方程的建立；（4）差分方程组的数值解法；（5）油藏数值模拟方法；（6）油藏数值模拟的发展趋势；（7）实验教学。课程内容涵盖了油藏从开发初期方案制定到开发晚期方案调整的整个过程，结合了理论与实践的教学。结合油藏数值模拟的发展和解决实际问题的方法步骤，可以充分挖掘课程思政资源，如石油精神、爱国情怀、辩证思维、理论与实践结合、学科交叉与创新。在课程思政的实践路径方面，应做好课程思政的教学设计，强化教师作用，在实施过程中要如春雨润物，采用适合课程思政的教学方式，以实现石油工程专业立德树人的育人目标，从而实现专业教育与思想政治教育的有效融合。

二、“油藏数值模拟”课程教学融入思政元素的具体方案

（一）绪论及油藏数值模拟在油气田开发中的作用

在绪论部分，教师主要介绍国内石油工业的发展和油气开采现状及油藏数值模拟技术的应用和作用。在授课过程中，为了进一步激发学生对石油事业的热爱及投入石油勘探开发的热情，首先向学生介绍我国石油工业崛起的基石——大庆油田松基三井。松基三井，即松辽平原第三口基准井，是大庆长垣构造带上的第一口探井，也是大庆油田的发现井。1959年9月26日，松基三井喜获工业油流，标志着大庆油田的发现，拉开了大庆油田会战的序幕。大庆油田的发现，彻底改变了我国石油工业落后的面貌，促进了国民经济发展。结合目前的新冠肺炎疫情防控，在口罩和防护服的生产中不可缺少的一种基础原料是聚丙烯。同时，聚丙烯是一种聚合物，由丙烯聚合而成，是生产熔喷布的主要原料。问题来了，丙烯从哪里来？丙烯的主要来源之一就是石油。石油经过分馏，分馏之后的产品通过裂化与裂解，得到烯烃，进而得到丙烯。启发学生思考石油在抗疫中的重要作用，激发学生对专业的热爱和自豪感。

另外，在课堂绪论部分，任课教师向学生介绍目前常用的油藏数值模拟软件，主要包括ECLIPSE和CMG。这两款软件已经发展了近40年，对于常规油藏模拟原理没有本质差别，技术早已成熟。但是在油藏工程师的实际运用中，对于两款软件的使用也有相对的偏向性。ECLIPSE一般和地质建模软件PETREL一起使用，PETREL建模后导入ECLIPSE动态模拟，一般用在黑油模型上。CMG则一般在热采、化学驱运用比较多。这说明针对不同的问题，要选择合适的方式。每个人都有自己的优点和长处，所以教师在教授学生时，也应当因材施教，把握学生的特点，给予针对性的教学。不过，不管是ECLIPSE还是CMG，毕竟只是解决油藏模拟问题时所使用的工具，模拟结果的准确性和可靠性，更取决于油藏工程师的专业知识基础、对现场数据的分析能力及对油藏数值模拟软件的使用熟练程度等。如果专业基础不牢、处理数据能力欠缺，只会导致“Rubbish in,rubbish out”。因此，人的主观能动性在解决专业问题的过程中起着重要作用。欲善其事，必利其器。练好基本功，修炼好自己，才能无往不利。

（二）油藏数值模拟基本数学模型

油藏数值模拟基本数学模型的建立包含守恒方程（质量守恒方程、能量守恒方程）、运动方程、状态方程、辅助方程、定解条件等。其中，质量守恒方程考虑的是流体在多孔介质中的流动问题。我们把地层条件下黏度大于50mPa·s或地面标况条件下黏度大于100mPa·s的原油称为稠油。稠油的储集空间一般属于高孔高渗储层，但是稠油自身黏度大，流动性差；目前比较热门也是未来油气资源主要来源的非常规石油资源（包括致密油、页岩油等），原油黏度低，自身流动性较好，但是非常规储层往往致密，孔隙度、渗透率低，从而造成了非常规石油资源开采的困难。由此可见，矛盾不仅存在于人与人之间，也存在于石油开采过程之中。面对矛盾，需要做的是“对症下药”。针对稠油油藏的开发，一般对原油采用提高采收率的措施，以提高稠油自身的流动性；而对于非常规原油，则需要对储层采取改造措施如压裂，从而提高储层的孔隙度和渗透率等。另外，单一的连续性方程还不足以建立完整的数学模型，还需要结合其他原理和辅助条件。在社会活动中，个体的力量毕竟有限，善于整合和团结有利的资源，才有可能办成事情。

在理论介绍的过程中，结合上机实践，通过油藏数值模拟实例训练，可以使学生更好地理解“油藏数值模拟”这门课程，更好地掌握油藏数值模拟这门技术。图1～图6展示了利用油藏数值模拟方法开展实际油藏开发的实例。理论与实践相辅相成，缺一不可。课堂上只教授理论，会过于抽象，不利于学生理解；但是如果只强调操作与上机实践，学生的理论基础不牢，也会出现知其然而不知其所以然的后果。

图1 泌浅10区全区日产液、日产油历史拟合图

图2 IV91层蒸汽吞吐结束时含油饱和度场图

图3 IV91层蒸汽吞吐结束时剩余储量丰度场图

图4 IV91层蒸汽吞吐结束时地层压力场图

图5 IV91层蒸汽吞吐结束时温度场图

图6 IV9层生产动态预测

（三）油藏数值模拟发展趋势

油藏数值模拟的基本步骤主要包括：拟定油藏模拟目标、基础资料的准备、建立油藏模拟模型、历史拟合、油藏动态预测等。由于计算机性能及计算机技术的飞速发展，未来油藏数值模拟的发展是与人工智能的结合。目前，人工智能在油气田开发的替代模型设计、产量预测、生产方案优化等方面具有广泛的应用。对于油藏数值模拟，历史拟合是其中非常重要的一个环节。一般来说，历史拟合的精确程度取决于油藏工程师的经验。现在已有专家开发了将内部数值模拟程序包和基于人工神经网络的专家系统相结合的神经模拟协议，运用神经网络模型和遗传算法加快历史拟合的计算速度、提高历史拟合的精度。随着油气田开发复杂程度的不断增加，油藏数值模拟的难度也将会不断增加，相应的油藏数值模拟技术也会不断发展。技术是不断发展的，要用发展的眼光看问题。旧的、落后的技术必将被淘汰，新的、先进的技术必将兴起。

“油藏数值模拟”课程是石油工程专业一门重要的专业基础课，旨在从理论和实践两方面培养学生运用所学专业知识解决实际工程问题的能力，能够运用油藏数值模拟方法解决油气田开发中存在的常规动态分析和方案设计等具体问题。推进“油藏数值模拟”课程思政建设，是落实立德树人根本任务的举措。专业和思政的结合，更能激励年轻学子刻苦攻读专业知识，为将来学以致用、为国攻关，打下坚实的基础。