国内外高校“钻井工程”课程知识体系研究

陈冬 张敏 周舟 卢运虎

［摘 要］ “钻井工程”是中国石油大学（北京）面向石油工程、海洋油气工程的本科生开设的一门专业必修课，是从事石油工程工作必不可少的基础课程之一。课程旨在向学生传授钻井过程中所涉及的理论知识、计算方法和相关技术，课程内容共包括：绪论、钻井工程地质条件、钻机与钻具、钻井液、钻井参数优化、井眼轨迹与井眼轨迹控制、油气井压力控制与欠平衡压力钻井、钻井复杂事故和钻井工程方案设计简介九个章节，并辅以相应的实验课程，采用新的知识结构模式进行理论授课和实验教学，使学生能够全面掌握钻井原理、工艺流程及设计方法，培养学生实现“钻井工程”设计的能力。

［关键词］ 钻井工程；石油工程；知识体系

［基金项目］ 2020年度中国石油大学（北京）专业核心课程建设项目“‘钻井工程过程性考核题库建设”（2020-44）；2020年度中国石油大学（北京）研究生教育质量与创新工程项目“《高等钻井工程（全英文）》过程性考核云端题库建设”（yjs2020026）

［作者简介］ 陈 冬（1981—），男，河北张家口人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院副教授，主要从事智能钻井和石油工程云计算研究。

［中图分类号］ G642.3 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）32-0009-04 ［收稿日期］ 2022-06-21

一、课程简介

钻井是根据要求在地下钻出井眼，不仅为地下流体（石油、天然气、水）物质提供流至地面的通道，而且逐渐成为提高油气采收率的核心手段。随着深海、深地资源（包括地热、水合物等新能源）的开发，“钻井工程”的重要性日益突出。

“钻井工程”是石油工程专业的一门核心专业课，主要讲授钻井技术的现状与发展趋势、钻井工程的基本工艺原理及工艺技术，授课对象为石油工程、海洋油气工程的本科生。目前，国内开设此课程的高校主要有中国石油大学（北京）、中国石油大学（华东）、西南石油大学以及长江大学等。众高校以理论联系实际、实验辅助教学等教学模式，配以不同的教学侧重点，使学生能够全面掌握钻井原理、工艺流程及设计方法，要求学生能够掌握油气钻井过程中的各环节，掌握相关的基本概念和理论，培养学生钻井工程设计的能力。

二、课程内容

（一）教材对比

目前，国内“钻井工程”课程的主流教材有陈庭根、管志川主编的《钻井工程理论与技术》、陈平等主编的《钻井与完井工程》和楼一珊等主编的《钻井工程》等，国外高校选用的主流教材主要为Robert F. Mitchell主编的Fundamentals of Drilling Engineering。其中，中国石油大学（北京）和中国石油大学（华东）选用的教材是《钻井工程理论与技术》［1］，全书旨在讲述钻井过程中的基本理论、基本计算、基本设计和现代主要钻井技术的基本工艺过程的基础上，推广行业内的新兴技术与发展成果；西南石油大学选用的是陈平主编的《钻井与完井工程》［2］，全书系统介绍了石油钻井与完井工程的基本原理及工艺技术，不仅注意了钻完井理论的系统性和成熟性，而且增强了读者的工程实践意识。长江大学选用的是楼一珊等主编的《钻井工程》［3］，全书注重工程实践环节，在章节内容安排上，融入了钻井工程的新发展与科研成果。

（二）知识体系对比

中国石油大学（北京）“钻井工程”课程本着循序渐进的原则，讲述了钻井全过程的基本理论与钻井技术发展现状，同时，设立合理的实验课程，以实际操作验证理论的准确性，加深学生对知识的理解程度，总学时56学时，包括实验6学时。知识体系共包括九个章节内容（见图1），以及“钻井过程模拟”“岩石可钻性测定”“岩石硬度测定”三个实验（见表1）。

“钻井与完井工程”是西南石油大学石油工程专业本科生专业核心课程，本课程前身是石油工程专业的五门专业课，即：“岩石力学与钻头”“固井与完井”“钻井工艺”“储层保护技术”“泥浆工艺原理”。根据当前石油工业的发展状况及人才培养方案的要求，在课时大幅度减少的背景下，课程建设将这5门专业课程进行课程改革，对课程内容进行提取整合，融会贯通后最终开设了一门适用于油气井工程学科的专业课“钻井与完井工程”。课程总学时为80学时，其中课堂教学74学时，实践教学6学时。课程知识体系包括九个章节［4］，实验课内容共有三项：“水基钻井液配制及常规性能测定”“井控模拟演示”“水泥浆常规性能测试”（见表2）。

长江大学的“钻井工程”课程侧重于学生专业素质的培养，学生学完本课程后，应达到熟练掌握“钻井工程”的基本概念、理论和方法的水平。学校在保持课程内容的先进性的基础上，从将在钻井现场已被广泛重视和应用的新技术和科技成果引入课堂、将所从事的科研项目中涉及相关课程内容的部分适当引入课堂和搜集材料完善课本中缺失的部分知识三个方面来不断完善教学内容［5］。课程总学时为64学时，包括6学时实验课程，知识体系包括十二个章节的理论课程和“岩石破碎力学”“水泥浆性能”“岩石可钻性”三个实验课程（见表3）。

Fundamentals of Drilling Engineering作为一本通用教材，以深入浅出的表达形式和平衡合理的知识体系广泛应用于入门级学习、中级学习和研究生学习中。全书共设有：旋转钻井简介、钻井地质力学导论、钻井液、固井、钻井水力学、旋转钻头、套管柱设计、定向钻进、钻柱设计基础和钻井复杂情况十个章节（见图2），内容涉及工程、地质、化学、物理等领域，補充修订了具有里程碑意义的第一本钻井工程教材Applied Drilling Engineering中落后缺失的知识点和技术介绍，满足了现阶段的教育教学需要。

（三）异同点分析

国内各高校“钻井工程”课程的授课内容大同小异，重点讲解钻井全过程的理论体系及其推导过程。其中，中国石油大学（北京）侧重培养学生对基础知识的吸收能力和对钻井工程问题的理解分析及处理能力；西南石油大学侧重理论与实际相结合，配合双语教学，培养国际化的应用型人才，在授课内容中，设置了环境保护部分，符合当前社会绿色发展理念，践行了中国能源环境的中长期发展战略；长江大学侧重于学生专业素质的培养，综合培养学生面对实际生产问题时的分析能力和解决实际问题的专业能力。

国外高校所选用的主流教材Fundamentals of Drilling Engineering侧重于对“钻井工程”基础知识的普及，主编在保留原有教材知识体系的基础上，综合考虑“如何有效和正确地使用新型计算机软件程序”这一问题，特别是考虑到未来十年内预计会有大量的人员流动这一情况，在Fundamentals of Drilling Engineering的章节内容中加入了钻井技术发展的新成果和新形势。

三、考核方式

中国石油大学（北京）课程考核成绩包括平时成绩和期末考试成绩两部分，满分100分，其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。平时成绩考核方式为作业或课堂提问，题目为涉及岩石力学性质、钻柱受力分析、水力参数优化设计和轨迹计算方面的计算题。期末考试为闭卷考试，题目类型有选择题、填空题、简答题或分析计算题，考查学生对基础知识的掌握程度，对钻井过程中的各种问题的理解、分析能力。

结语

本文对比分析了国内外各石油高校的教材内容以及学时安排，从课程目标、课程内容、课程对比和考核方式四个方面，比较系统地总结了中国石油大学（北京）“钻井工程”的知识体系。国外一些石油类高校在此专业课中一直采用案例教学，尤其以页岩气井教学案例为主，锻炼学生分析问题、解决问题的能力，应用效果较好［6］。高校应将“钻井案例分析”环节纳入教学内容，以培养学生对现场环境与事故的认识和处理能力。中国石油大学（北京）“钻井工程”通过理论授课和实验教学相结合、过程性考核等措施，以培养高质量应用型人才为目标，确保学生专业基础扎实、综合素质高，为学校“双一流”建设提供良好的教学基础。

参考文献

［1］陈庭根，管志川.钻井工程理论与技术［M］.東营：中国石油大学出版社，2017：2-5.

［2］陈平.钻井与完井工程［M］.北京：石油工业出版社，2011：2-7.

［3］楼一珊，李琪.钻井工程［M］.北京：石油工业出版社，2013：2-6.

［4］曾德智，付建红，施太和，等.《钻井与完井工程》精品课程建设与探索：以西南石油大学为例［J］.西南石油大学学报（社会科学版），2018，20（5）：69-75.

［5］李忠慧，楼一珊，熊青山，等.石油工程专业“卓越工程师班”《钻井工程》课程教学方法探讨［J］.赤峰学院学报（自然科学版），2017，33（14）：200-202.

［6］李岳祥，王勇，杨昭，等.应用型民办本科院校钻井工程课程改革探索［J］.黑龙江教育（理论与实践），2019（5）：60-61.

Analysis of the Knowledge System of Drilling Engineering Course in Colleges and Universities at Home and Abroad

CHEN Dong， ZHANG Min， ZHOU Zhou， LU Yun-hu

（School of Petroleum Engineering， China University of Petroleum（Beijing）， Beijing 102249， China）

Abstract： Drilling Engineering is a required course for undergraduates of China University of Petroleum （Beijing） in petroleum engineering and offshore oil and gas engineering， and it is one of the essential basic courses engaged in petroleum engineering work. This course aims to teach students the theoretical knowledge， calculation methods and related techniques involved in the drilling process， including： introduction， Drilling Engineering geology， drilling rig， drilling fluid， drilling parameter optimization， drilling track and bore track control， well pressure control and underbalance pressure drilling， drilling accidents and Drilling Engineering design， and experimental teaching with new knowledge structure patterns which enables students to fully master drilling principles， process and design methods and develop Drilling Engineering design ability.

Key words： Drilling Engineering; petroleum engineering; knowledge system