一种全浸式油气藏工程课程设计方式研究

朱苏阳，付 玉，汤 勇，陈小凡，彭小龙

（1.西南石油大学 石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；2.西南石油大学 教学评估处〔教师教学发展中心〕，四川 成都 610599）

课程设计是工科学科在考核理论知识系统化应用中的重要组合部分，如何全面考察学习者掌握的理论方法，以及对知识点的应用技巧，是工科课程设计的核心内容。油气藏工程是石油工程重要的研究领域和学科方向之一，培养高质量的油气藏工程学生，对保障我国能源安全和国家地位具有重要作用。因此，有必要进一步提高课程设计的质量，全面灵活地考核学习者掌握的知识系统，以响应新时代新工科的教学要求。

目前，油气藏工程的课程设计依然沿用传统的练习方式，让学习者了解油气藏的测试数据和实验结果（题干），在简单地认识油气藏之后，进行单向无反馈的油气藏开发方案设计。这种设计方法不仅不符合真实油气藏的开发过程，也无法全面调动学习者掌握的知识内容。

为了解决这个问题，研究提出了一种基于油藏数值模型的全浸式油气藏工程课程设计方案，通过将高精细的油藏数值模型位于黑盒之中，设计了交互反馈式的数据运行模式，得到了一种全浸式的油气藏工程课程设计方案，可以全面考查学习者掌握的课程知识和使用技能，并提高学习者对油气藏开发方案规划过程中的体验感。

一、油气藏工程课程设计现状

油气藏工程的课程教学内容具有工科课程中典型的系统化和应用化的特点，课程系统性较强，分论和总论课程之间存在大量的交叉和融合。由此可知，对于油气藏工程课程同样具有极强的应用性。通过课程设计的方法，让学生充分领会并应用所学理论，才能有效培养高质量的油气藏工程学生。

（一）方法陈旧

油气藏工程课程设计的考核主要沿用了老式的课程设计方法，在练习材料上给出油气藏的特定参数、测试数据和实验结果，要求学生对油气田开发方案进行设计。这样的课程设计方法对学生的知识考核较为单一，未能充分调动学生的课程知识储备。

（二）体验感差

目前的课程设计内容导致了学习者对油气藏工程的体验感较差。这是因为课程设计通常有一个标准答案，对真实油气藏的模拟程度较低。同时，这样的课程设计思路是一个单向无反馈的设计路线，而在油气藏开发过程中，工程师需要根据提出的措施、油气藏参数的反馈，不断修正之前对油气藏特征的认识，从而提出新的方案和措施。

目前在油气藏工程的课程设计中，学习者机械地执行油气藏开发的技术流程，题目中的油气藏也不可能对学习者做出的决策进行响应反馈，造成了考核方式简单、单向无反馈，以及油气藏工程体验感差的工程设计方法。

二、一种全浸式油气藏工程课程设计方式

（一）全浸式体验

全浸方法源于游泳教学，是比较适合初学者的训练方法。这是因为全浸方法对于技术水平的提高，不是建立在大量的训练上，而是建立在对于此项活动（可以是思想活动）的全方位接触的基础上。目前，浸入式的教学方法通常在英语教学中被讨论，通过让学习者全方位（眼见、耳听、口说和手写）地接触英文环境，以快速提高学习者的英语语感和水平。然而，全浸式的教学方法对于工科教学的应用，目前还未见到成熟且可靠的探索。

对于油气藏工程的课程设计而言，全浸式的课程设计是将学习者所修的所有专业课程内容充分调动起来，全方面无死角地在课程设计中进行应用。

（二）油藏黑盒模型

全浸式的油气藏工程课程设计核心是一个处于黑盒中的高精细油藏数值模型（见图1），这个模型具有完整的油气藏的细节数据（储层物性的孔隙度、渗透率和饱和度等参数）。所谓的黑盒，即学习者仅知道油气藏大致的深度数据，而其余的参数对于学习者并不直接可视。

图1 油藏黑盒模型与工作流程

黑盒中，模型的各类参数对体验者（学生）都是不可知的，但是模型的参数可以通过接受的操作指令进行认识。黑盒中可以接受的指令完全根据现有的油气藏认识的方法，主要分为取心和生产模拟两个指令。其中，取心指令模拟钻井取心的过程，可以输出油藏具体部位的岩石物性数据（储层物性的孔隙度、渗透率和饱和度等数据），而模拟生产指令可以模拟不同井型、不同井网、不同注入介质，以及不同生产条件下的生产动态数据（数据反馈）。另外，取心和模拟生产的指令赋有一定的经济成本，在开发经济评价的过程中，可以衡量认识油气藏过程中的成本。

（三）数据运行模式

全浸式的油气藏工程的课程设计的数据运行模式主要由数据运行工作站、数据分发服务器和智能便携终端构成（见图2）。其中，高精细的油藏黑盒模型储存在数据运行工作站内主要进行高精度的油藏数值模拟运算，接收数据分发服务器提供的操作指令，计算不同条件下的产量数据和取心参数，并存储运算结果，将结果传输至数据分发服务器。

图2 全浸式课程设计模型的数据运行方式

学习者在进行全浸式油气藏工程的课程设计的过程中，首先由数据运行工作站生成一个特定的油气藏模型。学习者在智能便携终端发布指令（油气藏工程开发过程中的措施），提交指令给数据分发服务器，数据分发服务器将指令传递给数据运行工作站，数据运行工作站对提交的指令进行响应（油藏数值模拟计算）并输出反馈结果，输出的结果通过数据分发服务器反馈给智能便携终端的学习者。

（四）反馈流程

油气藏开发方案设计是一个认识油气藏特征、预测油气藏动态并优化开发方案的过程，其本身不是一次设计就可以完成的，因此需要在不断地试探过程（发布指令，取芯或是生成数据，得到油藏的反馈）中认识油气藏，通过试探的反馈对油气藏的开发方案不断进行调整。这一过程的核心即信息反馈，而全浸式的油气藏课程设计可以通过类似的反馈流程模拟真实的油气藏开发过程。

在整个反馈过程中，学习者发布操作指令，油藏黑盒根据发布的指令开始模拟计算，并反馈出计算结果，加深对油气藏的认识，然后根据更新的对油气藏的认识，进一步发布新的指令以开发油气藏，每一步中都会对发布的指令和根据指令得到的生产数据进行经济核算，对比采收率和盈利指标，比较不同开发方案之间的优劣。

三、思考与讨论

（一）知识调动更加全面

全浸式油气藏工程的课程设计方法可以对学习者的知识调动更加全面，可以让学习者体会到真实油气藏开发过程中对所学知识的灵活应用。例如，油气藏的模拟取芯指令可以输出油藏具体位置的孔渗饱参数，让学习者认识油气藏，完成“油层物理”课程中的油藏评价和油藏开发规律估算的工作（见图3）。

图3 油藏黑盒模型功能

全浸式油气藏的课程设计中对油气藏的每一步操作（取心和模拟生产）都赋予了经济属性（开发成本），让学习者在进行课程设计的过程中，可以明确油气藏开发和生产过程中的经济属性，以厘清在不同油价区间内容的产值最优和采收率最优的区别。

（二）全浸式体验更加真实

全浸式油气藏工程的课程设计可以给学习者带来完全不同的体验。在全浸式油气藏工程的课程设计中，油气藏的地质特征是全黑盒的（对学习者不可见），生产特征是可以进行分析的，整个设计过程中没有任何确定的题干和题目，学习者需要通过一定虚拟的经济代价去钻井取心或是模拟生产动态以认识油气藏，并在油气藏反馈过程中不断修正之前对地质特征的认识，这与真实的油气藏开发过程基本一致。

结语

1.目前的油气藏工程课程设计对学生的知识考核较为单一，未能充分调动学生所学的课程知识储备，也难以锻炼学生的数据处理和操作能力。学习者在完成课程设计的过程中，机械地执行油气藏开发的技术流程，油气藏也不可能对学习者做出的决策进行响应，使得学习者难以适应真实油气藏的开发方案设计。

2.油气藏开发方案的制定是一个认识、预测油气藏的过程，其本身就不是一次性可以完成的。研究设计了一种全浸式的课程设计方案，通过油藏模型对试探的反馈，对油气藏的开发方案进行不断地调整，可以更加贴近真实的油气藏开发过程。

3.全浸式油气藏工程的课程设计没有标准答案，只有不断通向接近真实答案的路径，这与油气田开发过程完全一致，也有利于学习者在今后的工作中可以更快地进入油气藏工程师的角色。