解决复杂工程问题能力教育背景下的“保护储层技术”课程教学改革

许成元 张 浩 康毅力 游利军

（[1]西南石油大学石油与天然气工程学院 四川·成都 610500；[2]成都理工大学能源学院 四川·成都 610059）

0 引言

培养学生解决复杂石油工程问题能力是石油工程专业本科生教育的重中之重，也是工程教育认证提出的重点要求。复杂工程问题的特点是来源于现场工程实际，培养学生解决复杂工程问题能力需要从现场经典工程案例入手，理论联系实际，通过引导学生将学到的理论知识与现场实际工程问题联系起来，从而提高学生们分析复杂工程问题、解决复杂工程问题的能力。本文以石油工程专业课“保护储层技术”为例，从案例式教学、工程伦理思想、探讨式教学模式三个方面进行阐述，探讨培养学生解决复杂工程问题能力的“保护储层技术”课程教学改革对策。

1 培养学生解决复杂工程问题能力的“保护储层技术”课程教学改革策略

“保护储层技术”课程是石油工程专业课之一。本课程的目标和任务在于使学生掌握保护油气层技术的基本概念、原则、思路与方法，掌握保护油气层的技术，具备应用科研成果与实践的能力；培养学生形成系统性、针对性、科学性、全过程的保护油气层理念，提高学生到现场后进行储层保护的主动性和积极性，具备对各个作业环节储层保护技术进行工程设计、施工和管理的能力；培养学生了解储层保护技术的最新动态和发展趋势，具备进一步结合本油田生产实际进行科研攻关的能力。为进一步培养和提高学生解决复杂储层保护工程问题能力，可从以下三个方面入手。

1.1 采用案例式教学

案例教学的关键在于经典工程案例的选取，案例需要来源于实际工程问题，带又具有一定的启发性，方便学生将所学概念、公式、原理等理论知识与工程实际相结合，通过应用理论知识分析工程问题，进而增进对基本概念、机理、技术的理解，并培养学生解决复杂工程问题的能力。储层损害是指在油气钻井、完井、生产、增产、提高采收率等全过程中的每一个作业环节，发生（或导致）流体产出或注入能力显著下降的现象或作用。因此，储层保护需面对多种工程条件，涉及多个作业环节，考虑安全、绿色、高效、可持续等多种因素。综上所述，“保护储层技术”课程案例的选取可从储层保护技术路径选择基本原则与标准，不同钻开液体系下储层损害机理，钻完井阶段工作液漏失损害三个方面入手。

1.1.1 储层保护技术路径选择基本原则与标准

（1）战略层次，油气勘探开发技术要求：高效、安全、绿色。

（2）战役层次，全过程储层保护观，必须同时满足三个条件：有利于油气层及时发现，有利于油气层准确评价，有利于油气层高效开发。

（3）战术层次，工程作业系统工程观：首先必须将本环节作业高质量、安全、顺利、经济地完成好；不能把上一个环节作业已取得的功效削弱、破坏、甚至彻底消除；还必须为下一个环节作业创造良好的施工（井眼及井周地层）条件，至少不设置明显障碍，或引发新的问题，导致后续作业复杂性和难度增加。

1.1.2 不同钻开液体系及打开方式下、后续作业储层损害的机理

钻开液是指钻开储层段所使用的钻井液，根据流体类型不同，可分为水基钻开液、油基钻开液、气体钻开液等。采用不同的钻开液钻开储层，涉及的储层损害机理均不同。

（1）氮气钻开条件下。主要储层损害机理包括：应力敏感损害、岩爆损害、油相圈闭损害，干湿交替（钻遇水层、压井、转换完井液）致液相圈闭损害，压井及完井液转换漏失损害，酸敏损害、液相圈闭损害。

（2）水基液钻开条件下。主要储层损害机理包括：水相圈闭损害、流体敏感性损害，完井液漏失损害，压裂水相圈闭损害。

（3）油基液钻开条件下。主要储层损害机理包括：油相圈闭损害，油基完井液漏失损害，压裂水相圈闭损害。

1.1.3 钻完井阶段工作液漏失损害机理

以塔里木盆地KS区块为例，储层段平均工作液漏失量高达164.7m3。漏失的钻开液将造成储层损害带范围扩大，从而诱发严重的储层损害。以KJ井为例，该井储层段漏失为3.5m3，中途测试（测试井段：7445～7552m）显示，6mm油嘴时气井油压为95.668MPa，流压为121.810MPa，生产压差为5.805MPa，平均产量45.6172×104m3/d，有效渗透率109.29mD，探测半径为1858m。根据压力历史展开图，可知气井开井初期流压呈下降趋势，中期波动较大，后期流压相对稳定，表现为地层能量较充足。关井压力恢复较快，呈“厂”字型，说明储层损害严重。从双对数诊断图看，导数曲线形态呈均质特征，出现径向流，无边界反映。选用井筒储集+表皮的均质无限大模型进行拟合分析计算得到气井表皮系数为556，表明原始储层渗透性好，但储层钻开阶段的漏失造成了严重的储层损害。

储层天然裂缝即为油气产出提供渗流通道，又成为工作液漏失通道，导致钻完井过程中工作液漏失频繁发生。工作液漏失是钻完井阶段最严重的储层损害方式，表现为漏失损害程度高和漏失损害带广。漏失导致工作液中固相和液相大量侵入储层，极易诱发固相堵塞损害、流体敏感性损害、应力敏感性损害和液相圈闭损害。随工作液漏失量增加，漏失损害范围急剧增大，并与后续作业损害相叠加，损害更难解除。

1.2 贯彻工程伦理思想

（1）基于典型案例分析的油气工程活动多元价值观和利益协调机制研究。分析代表性国有企业和民营企业油气工程共同体中，工程师发挥多重身份（角色）的作用。总结、凝练出重大油气工程项目、典型工程事故中的多元价值博弈与权衡、利益公正分配机制、合理补偿机制、沟通协商机制。

（2）彰显中国特色的油气工程伦理规范的探索。分析传统的生物圈理论对于指导油气工程伦理作用的局限性，研究并重点关注五大圈层（大气圈、水圈、土圈、生物圈、岩石圈）的交互作用。从更广泛的空间和更长远的时间尺度，分析油气工程作业工作流体使用及“三废”处置的伦理正当性。把生物圈与岩石圈中的油气藏、地下水资源、其他矿产资源纳入一个整体，构建总体可持续发展格局的新思路。在借鉴欧美发达国家油气工程师伦理规范的同时，强调注重传承和发扬中国传统道德文化，注重培养家国情怀。注意与社会主义核心价值观、新发展理念的结合；注意挖掘行业、专业、学科层面有特色的先进文化；注意与构建人类命运共体的使命相联系。

（3）新时代有道德石油工程师培育有效路径探讨。吸引青年教师，听课助课，关注油气工程的伦理问题研究，储备相关知识和工程经历，并为持续授课创造条件。授课教师将尝试多种方法，加强现代教学技术的运用，列举鲜活生动的工程案例、通用工程伦理案例、油气行业近年重大影响的工程案例，提高教学效果。

1.3 采用探讨式教学模式

改进传统“教师讲、学生听”的教学模式，通过与学生沟通、交流、探讨工程案例，增强师生互动环节，活跃课堂气氛，有效调动学生的积极性，真正实现探讨式与启发式教学。解决复杂工程问题能力是石油工程专业本科生培养的重要目标。高效保护储层是石油工程专业学生走上工作岗位后所要面临的主要工程问题之一。石油工程专业“保护储层技术”课程涉及学科广、内容繁杂、理论性强，基础学科功底差的学生较难掌握，容易使学生产生畏难和消极情绪。根据授课中的感受和对这门课的理解，并结合学生课堂反应，目前该课程的授课普遍存在三个方面的问题：教学课时减少与教学内容增多的矛盾；教学模式单一，学生学习积极性差。工程案例剖析是掌握理论知识最有效的途径，通过引入科研实践中的经典保护储层技术工程案例，加以有效设计并将传统教学与案例教学相结合，将会实现学生由“被动接受”向“主动学习”的转变，有效提高石油工程专业本科生跨学科解决保护储层技术问题的能力。采用探讨式教学方式，通过与学生沟通、交流，探讨工程案例教学效果，查找各教学环节存在的不足，进而在案例的设计和实施方案上不断完善。

2 结语

培养学生解决复杂石油工程问题能力是石油工程专业本科生教育的重中之重，也是工程教育认证提出的重点要求。本文以石油工程专业课“保护储层技术”为例，从案例式教学、工程伦理思想、探讨式教学模式三个方面进行阐述。探讨了如何在“保护储层技术”这门课程中进行教学改革和探索，提高学生们解决复杂石油工程问题的能力，以期为其它课程教学提供借鉴。