全球数字化背景下的“油气田开发地质”课程数字化教学实践

孙廷彬，王 玲，陈刚强

[中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆 克拉玛依 834000]

随着计算机技术和网络技术的飞速发展，数字化已经成为各个行业现代化发展的重点方向[1]。在科技含量较高的油气勘探开发行业，油田企业具有投资大、折旧率高、人员队伍庞大的特点，受到全球油价整体低迷、油气生产成本攀升的影响，企业盈利困难，面临很大挑战。而数字化可以提高企业管理水平，提高生产效率，节约大量成本，是现代油田企业的发展方向[2]。目前，油气田研究、采油和集输单位已经配备了高计算性能的计算机及专业软件，实现了无人值守的采油、集输管理、实时调参、数据采集、物联网[3-5]，正在全面实现数字化。现场数据通过管网、传感器、流量计、流体分离器和数据传输线实时传输到信息中心，形成一个数据量庞大的数据库，为研究人员提供数据，是调整部署指导下一步生产的重要依据。数字化的快速发展产生了大量的数字化工作岗位需求，尤其是在数字化油藏研究、现场数字化设备维护、数字化数据传输与管理等方面急需大量的高水平人才。

面对油气行业的快速发展，目前石油类高等院校开发地质专业的教学方式仍主要以传统课堂理论教学和纸质绘图方式为主，很难适应油气行业数字化发展的需求，急需拓展和创新教学方式，培养能够进行数字化研究的高水平人才[6-7]。

一、“油气田开发地质”课程教学现状及问题

“油气田开发地质”，也称“油矿地质学”，是石油类高等院校地质专业学生的专业必修课，学科的发展紧密围绕我国油气田开发实际需求，重点研究油气田开发各个阶段的地质问题。1953 年，北京石油学院成立并开设“油矿地质学”课程，其他高校也陆续开设此课程，截至目前，学科发展已有70 多年历史。

“油气田开发地质”课程教学内容分为两部分，一是理论教学，主要讲授油气田开发地质概念和研究方法，该部分内容主要以板书为主，后期随着投影技术和计算机技术的发展，主要采用多媒体与板书结合的方式；二是绘图研究实践环节，考查学生利用实际资料进行地质研究的实践能力，主要利用纸质图件进行考核。

对比油田数字化地质研究的需求，“油气田开发地质”课程教学方式存在以下不足之处。（1）传统的课堂理论教学主要介绍基本概念、主要研究方法和流程，对地质与计算机和地质与数学交叉领域的智能计算方法、数理统计方法缺少系统的介绍。（2）实践教学以数据计算和纸质绘图为主，没有采用目前比较前沿的大型三维地质软件。

二、数字化教学的特点

（一）数字化教学的基本含义

文章提到的数字化教学是在油气行业数字化、智能化发展引领下，为培养能够适应油田数字化发展岗位需求的人才而采用的教学活动。主要是在原有课程理论知识基础上增加地质统计学、智能算法等数据统计处理相关理论知识，并选取完整的油田地质实际资料，利用专业软件平台进行数字化地质研究，培养学生数字化操作技能。具体来讲，是要让学生掌握如何利用大型专业软件进行油气田地质研究，建立一个符合地下油藏实际的三维地质模型。

（二）数字化教学的特点

1.与数学理论方法交叉融合度高

数字化教学的基础是与地质相关的数理统计方法和智能算法，如用于油田生产数据处理、相关性分析的数理统计方法，用于储层类型划分的神经网络算法等。这些方法的应用可以提高工作效率，减少人为主观性，使运算结果更为客观。

2.应用大型专业软件平台

数字化教学在微机机房进行，使用高性能的服务器和专业的大型软件平台Petrel。该软件平台由国际著名油田技术服务企业斯伦贝谢公司研发并维护，已有20 多年的历史。该软件平台设置油气盆地演化、三维地震处理与解释、测井资料处理与解释、油藏地质研究、储量计算、三维地质建模、油藏数值模拟等模块，涵盖了油气生成—油藏地质研究—油气田开发调整数字化研究的各环节，是一个数字化水平高、成熟且被业界普遍认可和应用的大型软件平台。目前，各大油田都在使用。与此同时，该软件平台基于Windows 系统运行，具有目前主流计算机的硬件配置即可使用。该软件平台具有数据处理速度快，图件绘制快、精度高，立体直观的特点，具体体现在以下几方面。（1）可以绘制三维立体图，并可在三维空间内随意旋转，使成果显示更加立体直观。（2）可以分层绘制，批量制图，图件绘制速度大幅度提升。（3）可综合利用地震、测井和地质资料进行约束，选用合适插值算法进行绘图，平面绘图精度高。（4）图件线条样式、颜色填充可自主设置，一键操作，后期图件完善工作方便快捷。

3.实践操作性强，有助于学生尽快适应岗位需求

目前，油田企业急需懂专业、懂数字化研究的高水平人才。数字化教学主要针对油田单位需求，利用行业内广泛应用的现代化成熟专业软件平台，用油田实际资料进行教学。这样不仅使研究成果可以直接用于指导油田开发部署，而且毕业生进入工作单位后可直接上岗工作，缩短了岗位适应期，大大提高了工作效率。

三、教学设计

（一）教学目的

“油气田开发地质”课程数字化教学的目的是通过讲授油田数字化发展的起源、发展和现状，以及系统讲解油气田开发地质数字化研究内容、方法和实践操作流程，培养学生掌握油气田开发地质数字化研究基本技能，创新探索能力，使学生毕业后能够快速适应油田企业数字化工作岗位需求。

（二）教学思路

“油气田开发地质”课程数字化教学主要采用理论授课与实践操作相结合的方式开展。一方面，邀请油田企业专家、数字化教学名师现场讲解油田数字化发展的起源、过程和现状。另一方面，利用油田现场实际资料，让学生在专业软件平台上进行实践操作。在教学过程中，为了培养学生动手操作能力、团队协作能力，考查学生创新能力，教师可以带领学生同步操作，并设置课堂能力提升知识点，引导学生进行团队协作和创新探索。

（三）内容设计

“油气田开发地质”课程重点对团队建设、实践操作与创新思维、课程思政进行设计。

1.团队建设

油气生产是一项综合性很强的工作，需要油气地质研究人员、油藏工程技术人员、现场工作人员等多工种团队团结协作。因此，“油气田开发地质”课程改革重点考虑培养学生的团队协作能力。根据微机机房内计算机数量，教师要求学生分为若干由2～3 人组成的小团队。团队由学生自发组建，也可以跨班级组合，目的是让学生选择最佳的团队伙伴，以期达到最好的团队协作效果。

2.实践操作与创新思维

“油气田开发地质”课程数字化教学内容涵盖油藏地质研究的整个流程，包括Petrel 软件简介、数据加载及处理、地层对比、断层模型建立、地层模型建立、相模型建立、属性模型建立、流体模型建立、储量计算和图件制作10 个部分。除去Petrel 软件简介之外，其余9 个部分内容存在紧密联系，每部分都需要以前一部分为基础。

在地层对比环节，教师指定某一地层单元，要求学生根据所学的地层对比方法，自主制定合理的地层单元细分方案，并进行地层对比。这种开放式的实践训练能够很好地锻炼学生综合思考和分析能力。

在地层模型建立环节，教师主要讲授模型内细分layers 的原则和方法，要求学生建立的layers 模型在后面相模型流程中能够体现层内薄夹层，此内容考查学生的综合分析能力。学生需要根据夹层厚度的分布情况，确定每个地层单元内部细分layers 的方式和层数，以达到能够体现夹层分布的效果。

在相模型建立环节，教师主要讲授相模型建立的模块流程、数据分析方法及相模型建立的常用方法，要求学生根据不同层位的相带分布特征，分层段、分相带进行数据分析，并选择合适的相模型建立方法构建合理的相模型。这个环节是地质研究和模型建立的核心环节。通过分层段、分相带的数据分析训练，学生能够掌握精细地质研究的实践操作技能，对数字化地质研究有一个真实的、深入的理解和学习。

在属性模型建立环节，教师主要讲授属性模型的模块流程、数据分析方法和常用算法，要求学生利用相模型或地震属性的约束进行属性数值运算，建立一个合理的属性模型。这个过程考查学生的综合分析能力及对研究结果的综合评价能力。

3.课程思政

“油气田开发地质”课程思想政治教育设计3 个环节，具体如下。一是邀请一名油田企业专家，现场讲述油田企业数字化改革的必然性、发展现状和发展方向，让学生深入了解石油行业数字化改革的背景、内容和发展趋势。二是邀请油田企业专家讲述其在油田工作的经历，即近些年油田地质工作数字化发展的历程、具体工作成果及其现场应用情况，展示油田数字化发展的优势，提高学生的学习兴趣。三是教师带领学生到油田研究部门、生产一线参观交流，让学生观察、了解油田数字化的情况，理解数字化给油田发展带来的巨大变化，提高学生学习的热情。

（四）课程考核

除考勤与课堂表现外，“油气田开发地质”课程考核重点从建模成果鉴定、团队建设汇报、结题文字报告3 个方面进行。

考勤与课堂表现：上课出勤率、课堂回答问题及与教师的互动情况，占总成绩的10%。

建模成果鉴定：考查学生对数字化研究方法和操作流程的掌握程度，共占总成绩的40%。考核分为两部分，第一部分考核各团队完成的三维地质模型内容是否完整、各建模环节的参数设置是否合理、研究成果是否合理、成果图件是否规范等，占总成绩的20%。对于完成课堂创新探索研究的团队，视完成情况奖励1～5 分。第二部分是在课程内容讲授完毕后，各团队抽取1 个题目进行上机测试，占总成绩的20%。

团队建设汇报：各团队汇报上课期间团队内部成员的分工情况、在研讨过程中遇到的问题及解决办法、团队成员的贡献情况、团队合作的感想和体会等。该部分重点考查学生团队协作能力和口头表达能力，占总成绩的20%。

结题文字报告：要求学生对“油气田开发地质”课程成果进行系统总结，包括技术研究成果、软件操作成果、团队建设成果、对课程的建议等。该部分重点考查学生总结和文字表达能力，占总成绩的30%。

四、教学实践及效果

（一）教学实践

“油气田开发地质”课程数字化教学在2020 级资源勘查工程专业学生中开展，整个教学时间为10 天，学生共83 人，每组学生2～3 人。教学内容设计为理论知识授课1 天，数据加载到图件制作共9 个实践操作教学内容各分配一天时间。实践操作教学期间，在上午，教师带领学生同步操作，在下午，教师引导学生团队练习及提升探索。课程结束后，学生进行上机测试，每人撰写3000 字左右的课程总结报告。

（二）效果分析

1.学生学习热情较高，学习效果较好

在开课前，许多学生对课程内容、教学形式和教学时间进行了详细的询问，表现出了较高的兴趣；在课程进行过程中，80%的学生积极主动就软件操作及绘图方法进行交流，约有5%～10%的学生对一些制图方法的探索超出了课堂讲授的范围，表现出了较高的探索学习的积极性。从结课后提交的图件成果、文字报告和上机测验结果来看，超过90%的学生能够很好地完成研究和建模工作，并提交合理的研究成果，能够达到课程设计的目的。其中，有10%的学生完成的成果十分优秀。

从显示效果来看，三维立体图展示、地质模型立体展示、模型任意方向剖面3 种方式很好地展示了地下油藏的高低起伏、内部关键属性的空间差异分布特征。

从研究时效来看，数字化研究大大缩短了研究周期。通过对比和测算，同样一个油藏的地质研究、常规研究及纸质绘图，传统教学需要60 天，而数字化研究方法仅需要20 天，时间缩短了2/3，效率明显提高。

2.两人组学习效果最好

从分组成果来看，两人组学生的学习效率和学习成果最好。三人组易出现个别学生偷懒、分工不明确等情况，学习效果相对较差。

从数字化教学改革实践来看，数字化教学作为贴近油气发展前沿的教学方式，在教学方式、教学内容上十分新颖，并具有较高的科技含量，不仅加深了学生对地质现象的理解，还对提高学生学习“油气田开发地质”课程的兴趣有很大帮助。与此同时，数字化教学可以帮助学生提高油藏开发地质研究的效率，增强地质研究成果的三维立体、动态显示效果，大大提高了学生进行科学研究的热情。此外，数字化教学实现了理论教学与油田企业生产岗位需求的无缝衔接，学生毕业后进入企业，可直接上手进行地质研究，缩短了学生就业后的适应期，是一项十分前沿、效果显著的教学改革。

但是，教学改革在实践应用中不可避免地遇到了一些问题。由于教师之前多为课堂理论授课，学生没有接触软件操作和油田现场资料的机会，在课程教学过程中存在部分学生对软件敏感度不够、进度跟不上、对油田企业实际生产资料理解程度不够等问题，影响学习质量。

针对以上问题，教师可以在课前增加2～3 天的软件基本操作训练辅导，增加油田资料获取方法讲解及资料解读等环节，提高教学质量和教学效果。