油藏数值模拟课堂教学改革探索

万 涛，万 悦，郭 静

（中国石油大学（北京）克拉玛依校区 石油学院，新疆 克拉玛依 834000）

油藏数值模拟是利用计算机建立三维地址模型从而模拟实际油田的开发和预测油藏动态的一门技术，早已成为油气田开发中不可或缺的方法，普遍应用于各种油气藏开发过程中。这是一门综合性很强的课程，结合油藏地质和油藏工程原理，以渗流力学、数学物理方程和计算方法为基础，使用计算机应用油藏数学模型，研究地层中各项流体的渗流规律、原油的复杂驱油机理及剩余油分布，进而模拟整个油藏开发工程，在油气田开发过程中进行大规模决策、评价油藏和油藏产能的诊断和提高。由于油藏数值模拟涉及多方面多学科的知识，在教学任务和教学方法上需要进一步地思考和改进，以培养学生的自主学习意识，以及对知识的掌握和应用于实践的能力，从而在时代进步过程中更好地培养创新型实践人才。

一、当前油藏数值模拟课程现状

（一）教学模式单一化，缺乏个性指导

油藏数值模拟课是在学习完油藏工程、采油工程、渗流力学和油层物理等专业课的基础上，对石油工程专业知识的实际应用和升华。但通过研究发现目前国内部分高校习惯将几门课程相独立，学生无法将几门课程的知识相关联并加以运用，这也使整体课程体系不够完善。油藏数值模拟能锻炼学生的思维，增强分析解决问题的能力，对今后勘探开发石油工作有重要的作用。但是部分高校仍然保留传统教学模式，没有将科技和现有教学资源充分利用，从而无法提高学生的创造性。

（二）应用型高校科技创新与社会需求实际脱节

油藏数值模拟是一门需要高专业性、高逻辑性的课程，内容包含了石油专业课知识和数学有关概念，所以比较抽象、难懂。而现在大多教学过程往往只注重理论知识的讲解，忽略了技能的实践，以至于学生无法尽快适应油气藏开发工作。再加上难度较大，学生积极性不高，对课程内容也是一知半解，更别提将理论和实践相结合。油藏数值模拟是油气藏开发过程中必不可少的一部分，精准地掌握课程知识是教师对学生的期望，同时也是教师的任务。但是教学效果往往和预期有所差距，极少数学生可以在教学过程中理解数值模拟理论知识，以及熟练运用软件去解决问题。所以对于实际问题的解决、处理真正需求的时候就会手忙脚乱，不知从何处下手。

（三）课程内容复杂

当前教学体系中，油藏模拟和渗流力学、油藏工程几门课程的独立性较强，以至于油藏课程总体系相对不是很完善。油藏数值模拟课程虽然是选修课程，但却是综合多门学科及连接油藏工程和地质工程的桥梁。目前国内大多数高校的教学模式和传统教学并无太大差别，没有在时代发展中保持同步协调，未充分利用现有的资源进行多样化教学。例如：教学过程中对理论知识的讲解和传授非常重视，但是却忽略了理论与实践相结合，缺乏知识应用和技能实训；针对学生的教学板块缺乏侧重点的区分，没有形成系统的知识体系，最后导致学生真正实践于油藏开发时并不能从容应对所出现的问题。油藏数值模拟是门比较综合和复杂的课程，仅仅通过一个学期四十个课时是不能让学生完全掌握和吸收其中的知识的。如果想在今后实际工作中运用数值模拟解决实际问题，除了需要学生在课堂上跟着老师的思路学习之外，更要在课堂之外发挥自主能动性，积极主动复习课堂知识，攻克难点，多阅读文献，从而理解油藏数值模拟在实践中的应用。

（四）专业基础不牢固

最近几年，响应国家号召，石油专业招收的研究生部分是跨专业过来的，本科阶段没有学习过石油方面相关的知识，缺乏对油藏的基本认识与思考。针对这部分学生，需要老师不能直接频繁地用专业术语及对涉及综合知识的淡化，而是需要主观引导和客观解惑。研究生相对于本科生而言，自学能力和学习意识要强化一些，但是刚步入研究生阶段的学生们，往往需要老师指引方向才能努力向前。因此，在油藏数值模拟课程的教学过程中更需要授课老师的细致引导。

研究生教学中，更需注重将理论知识应用于实践，但是目前并没有一套完整系统的教学体系将综合性理论知识和产业实践相结合。事实上，不仅仅是跨专业研究生，还有一些对基本专业知识掌握薄弱的同学来说，直接进入油藏数值模拟的学习中也会很茫然。如果学生从一开始就对理论知识缺乏求知欲，或者短暂地学会课本知识而不能在实验中得到自我认识和思考，毕业之后也很难从事石油开发。

（五）开发环境复杂

石油作为最主要的能源，人们的需求日益增加，各国之间对于石油的生产、竞争也更加激烈。从二十世纪九十年代开始，我国石油开采量不断增加，但我国石油资源多分布在东西部地区，并且西部地区大多分布在山地、沼泽等恶劣环境中，这无疑给开采行动制造了许多难题。在新疆准噶尔盆地存在我国陆地的重要油气富集地，蕴含巨大的油气潜力，但是在开发中却面临着地质条件复杂、工程难度大和成本太高等挑战。目前的学科特点和培养方案很难满足现在的石油发展需求，目前石油工程专业知识已不能满足实际复杂的油气生产需要，因此需要对教学方法和培养方案进行改革。由于近年能源开发取得重大突破，油气勘探步伐不断加快，更好、更快地培养石油工程专业人才显得至关重要。特别是我国一些重要油气富集地所蕴含的致密油气潜力巨大，但开发中面临着许多挑战。以目前的学科特点和培养方案很难满足现在的石油发展需求，因此需要改革教学方法和培养方案。

二、项目实施

为全面贯彻全国教育大会、新时代全国高等学校本科教育工作会议精神，落实《中国石油大学（北京）克拉玛依校区关于落实立德树人根本任务和“高层次、应用型、国际化”人才培养目标的意见》要求，推进教育教学改革研究，提升人才培养质量，以及解决现阶段出现的种种问题，开展油藏数值模拟课程教学方法改革的需求十分迫切。“石油工程专业人才培养方案”指出，本专业的人才培养目标是掌握本专业所必须的工程科学基础理论和专业知识，油藏数值模拟对于石油工程专业学生从事石油行业有重要作用。为了顺应时代的变化，各大高校都在努力培养高质量人才，为了适应新形势的变化，我们也应该顺应新的要求，进一步提升培养规格，完善培养方案。在油藏数值模拟方面，本校也应该加强学科特色，突出专业特点，逐步把特色变为学校优势。另外随着油气资源品质的劣质化和老油田开发进入中后期，国内也急需破解这些难题的新理念、新技术和新实践。

（一）改革目的

本文主要是研究让石油工程专业学生基本掌握油藏数值模拟技术和方法，培养学生用智能方法解决油藏问题，在当前课程体系中，油藏模拟和渗流力学、油藏工程课程相互独立，造成油藏课程总体不完善，所以如何建立清晰的培养目标来构建明确的教学标准、推动油藏模拟课程与油藏工程和渗流力学课程的相互渗透是本次教学方法改革的核心所在。

随着近年来科技和经济的发展，应用型创新人才炙手可热。要培养出油藏数值模拟方面的创新人才就要老师们将最新最好的技术倾囊相授，只有掌握了新的热点、新的信息，才能逐渐成长为创新型人才。这也是这次教学方法改革的目的所在。

（二）项目改革内容

首先，针对油藏数值模拟课程的理论教学内容不是单一的固定课本教学，并且会针对班级同学学习情况适当地加入一些油藏工程和地质工程的内容。该项目旨在推动油藏模拟课程与油藏工程和渗流力学的相互渗透，从而对油气藏有全面的认识。其次在实践方面，通过项目带动，改善用于支撑应用型办学的条件，极大地丰富了高校实践教学资源，转型试点高校和项目单位成为承担省级项目的主力。在课程体系实习中，当前实践课程包括地质认识实习、生产实习和毕业实习。这些实习虽然可以满足基本专业培养需要，但是对人才培养的提升还不够。这些实习的方式和内容相对陈旧，并没有和现代化需要相结合。为了保障一体化项目能够深入开展实施并取得理想的结果，一体化团队需要高效和技术性较强的工作平台。需要思考的是如何培养学生处理复杂油气藏的能力，推进油藏模拟课程建设，努力争取建成一批引领产业发展的高水平本科专业、服务区域和支撑产业转型升级的应用型专业。尤其针对新疆油区，要培养学生面对复杂油藏时具备数值模拟的能力，在工程地质一体化的基础上能够把握油藏模拟的关键。

（三）项目实施方案

1.现代化教学

传统教学方式中，授课知识全部来自于老师在课堂上的讲述，一般来说一门课程四十个学时就要讲授完成。事实上，对于油藏数值模拟这门课程来说，四十个学时无法讲解完全部知识点，也无法保证学生能够吸收并应用到实际采油中。由于数值模拟课程的综合性和复杂性，教师们应先制定完善且合理的教学方案和教学体系，需要有侧重性地讲解知识并随着学生理解情况适时补充及安排实验。随着科技的进步，网络教学的出现可以让学生实现自我学习和补充。实施线上线下双教学的模式，学生课堂上没有理解或者忘记的知识可以课下打开老师的教学视频反复观看、充分理解。这种教学方式充分利用了网络平台的优势，让教学资源可以被更广泛接收。这样不仅对老师的授课内容进行了记录，而且大大提高了同学们的学习主动性，能够充分发挥同学们的主观能动性。

2.教学重点的改变

目前，油藏数值模拟这门课程的教学大纲基本上是一致的，侧重书本上的理论知识更多。当然，理论是实践的基础，没有理论知识是无法开始实践的，但是如果不能将理论应用于实践，理论知识便发挥不了价值。现在，要以解决实际问题为目标，要促进理论和实践的融合，基于油藏数值模拟课程性质，对于成熟理论可以适当简化，让学生更好地理解和掌握。同时也应在软件学习和应用方面有所加强，在教学课时上可以多花些时间和精力，并通过小作业或者小组讨论的形式强化练习。以实际小例子为要解决的问题，给学生一定时间去思考和讨论，最后以小组为单位汇报解决方法和结果，从而能够更好地应对之后的油田开发中的问题，在解决实际问题和处理数据方面打下了坚实的基础。

3.具体方案

针对如何培养学生处理复杂油气藏模拟的能力这个问题，应有一个系统并合理可实施的方案。首先要加深学生对油藏数值模拟课程内容的理解。不能仅仅认为学习的目的只是应付考试，最后毫无所获。要让同学们意识到油藏数值模拟在今后的石油开发中不可或缺的重要性，通过就业教育、企业信息反馈和毕业生就业的具体实例，使学生明白学好油藏数值模拟是关乎生存与发展的事情。在教学内容上，要在理论概念和基本知识讲解清楚之后，通过讲解案例与油田开发现场生产联系起来，在实践中讲解专业课知识，指出哪些技术哪个理论解决了什么样的问题。这样可以让学生对所学知识有更深刻的认识，课下也更好理解，在教学内容的丰富下，学生们的基本理论和专业能力有所提高。另外，利用多媒体和录像以图片和动画的形式展示从储层到三维地质模型到多相流体的渗流、流体饱和度变化与油水分布等演变过程，加深学生对油藏数值模拟的直观理解。在课堂中激发同学对于学习油藏数值模拟的热情，多增加一些课堂互动，以活跃课堂气氛，适当听取一些学生意见，引发学生思考。通过正确引导与启发，学生树立了正确的学习动机，具备了学习的积极性之后，就具有较强的求知欲，在课堂上会处于一种积极的思维状态。

通过编写二维二相数值模拟程序，使得学生得以深刻理解数模的计算过程和所采用的算法，对书本中的复杂公式及软件应用有了初步而具体的认识，为将书本知识应用到实际油藏模拟开发中打下了一定的基础。另外，需要拓展学生对油气田开发的知识范围，对于数值模拟课程的综合性要有清楚认知，对其他学科知识也要有一定的了解。通过学习模块自带的例题，使学生掌握局部网格加密、流线模型、组分模型、煤层气开发和历史拟合等油藏数值模拟知识，提升学生应用软件的能力。运用软件去解决油藏问题是油藏数值模拟课程必须要掌握的知识，通过实际油藏的简单地质模型，同学们运用Eclipse 或者CMG 软件，逐步导入高压物性参数、油藏物性参数、井的生产历史数据和相渗数据，并经过历史拟合，制定合理的开发方案和调整方案，最终得出最优开发方案。

在培养学生解决实际问题的能力方面，应加强同学们的动手能力。首先可以鼓励学生编写简单的数值模拟软件应用，一方面可以锻炼学生的动手能力，另一方面，如果有学生编写出可行的软件可以申请软件著作权。其次应鼓励同学们积极参加大学生创新项目和石油工程设计大赛等比赛，将课堂上所学习的知识应用于比赛问题当中，不仅可以对所学知识进一步掌握，同时也可以培养思维创新能力，以及软件的运用和熟练度。

4.考核方式

就目前来说大多数油藏数值模拟课程主要考核方式有三个部分。一是平常的作业成绩和日常考勤成绩；二是期中考试成绩；三是期末考试成绩。这些传统的考核方式其实对于油藏数值模拟这门课程没有激发学生的创造力和实践力。为了让学生对所学知识有更深入的思考和理解、提高学生对油藏数值模拟的兴趣和自主性，在课程考核方式上应有相应的改变。希望能够在数值模拟软件、机理模型等实例方面加重比例。

另外在课堂质量上，也应加强管控，通过建立有效的教学信息反馈渠道和考核机制，让教师和学生之间能够有效沟通，加强对课堂教学全过程的检查与评估，建立一套较为科学、可行的评价体系。要针对实际，定期对大学生的思想和心理展开教育，严格管理考试纪律，加强制度建设，杜绝一切考试作弊现象，保证教学质量。

（四）可行性分析

首先中国石油大学（北京）克拉玛依校区将建成油藏数值模拟专用实验室，并且拥有斯伦贝谢公司免费捐赠的Petrel 软件，给学生们提供了自主实验的机会。其次石油学院建立有“油气资源与探测国家重点实验室分室”，将建立1～2 个研究中心（研究所），将建成1～2 个省部级重点实验室。并且建设针对新疆特色油气藏开发的科研实验室。新疆油气区的油气藏独有特点：致密油气藏、深层高温高压油气藏、高采出程度高含水油藏、稠油超稠油油藏、油砂矿及煤层气等。这些硬件条件对本项目实施有着非常重要的作用，保证项目的可行性。

三、教学改革实行的预期效果

加深了学生对油藏数值模拟的基本概念、基本内容及基本方法的了解，掌握了数值模拟模型的数值求解过程，通过运用油藏数值模拟软件，开拓了学生对油气田开发知识的视野，提升了学生自主求解的能力；学生能建立基本的数值模型、能制定一套较合理的开发方案，并能将油藏数值模拟的求解过程运用到实际的油气田开发中，能做到理论和实际运用相结合，提高了解决实际问题的能力。在学生自己动手的过程中既提高了创造力又引发了浓厚的兴趣；通过这次教学方法的改革，老师们将新方式与传统方式进行结合，取得了更好的课堂效果；改革后，课程体系不断完善，课堂内容不断丰富，教学方法也多种多样。

四、结束语

本项目研究油藏数值模拟的核心特色是地质研究和工程实践紧密结合，通过项目统一管理、加强课程交流及深化专业融合等方式，打破学科的壁垒，激发学生的创新与学习能力。针对油藏数值模拟课程的综合性和复杂性，实现多学科融合贯通，知识的相互关联与应用，采用线上线下双教学的方式，为同学们的自主自学提供了教育资源。相信随着教育工作者们的研究和探索，一定可以在原有的教学基础上实现更深入和有效的教学模式。本课程改变传统的单一教学方法，教师在课堂上强调深化理论知识的传授同时还要注意加强学生的实践能力和创新能力的培养。应用型人才的培养要从提高学生的动手能力开始，并且油藏数值模拟综合性较强，是一门需要把理论知识和实践应用高度结合的课程，所以该课程对学生的创造力和实践能力有很大的要求。通过这次教学方法改革，学生们可以编写数值模拟程序从而模拟油藏工程问题。油藏数值模拟包含科目较多，是石油工程专业最难的课程之一，课程在不断发展，新的教学方法和形式不断涌现，要培养出应用型数值模拟方面人才还需要教师们继续尝试研究，相信教师们都会找到最适合自己、最符合学生实际的教学方法。