基于“石油工程综合设计”的多学科协同工程能力培养实践

韩国庆 李俊键 陈民锋 盛茂

[摘 要] 该文介绍了石油工程专业综合课程设计课程改革的方案、内容和实施效果，总结了改革的经验和体会，对于工科类课程的综合课程设计改革具有借鉴意义。

[关键词] 石油工程;综合设计;多学科协同

[基金项目] 2017年度中国石油大学（北京）教学改革项目“‘石油工程综合设计课程体系建设（油藏、采油、钻井及完井）”（2017-002）;2018年度中国石油大学（北京）教学改革项目“‘采油工程线上线下混合‘金课建设”（2018-015）

[作者簡介] 韩国庆（1969—），男，山东济南人，中国石油大学（北京）石油工程学院教授，博士生导师，主要从事油气田开发工程研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）38-0154-02    [收稿日期] 2020-07-10

石油工程综合设计是石油工程专业新开设的一门专业必修课。该课程是把石油工程专业所学的有关课程（开发地质、油藏工程、采油工程、钻井工程、完井工程等）的知识，综合应用于解决实际油气田开发实践这一系统工程问题，最终形成一个完整的油田开发方案。这门课程对于培养学生解决复杂工程问题，达到工程教育认证中对于解决复杂工程问题能力的培养具有重要的意义。

因此，本次课程改革提出以油田原始资料和数据为基础，加强训练学生从原始资料中提出问题、分析问题和解决问题的能力，使学生能够从油田生产的全局考虑进行各个专项工程设计，多学科协同提高学生工程能力。

一、石油工程综合设计的内容

石油工程综合设计课程强调实际动手能力和解决复杂问题能力的培养[1，2]。通过“课堂理论知识讲授”“开发设计习题课堂研讨”“期末课堂汇报”三个环节，实现课程教学任务。其中学生需要完成：（1）油藏地质描述、（2）油藏工程设计、（3）采油工程设计、（4）钻井工程设计、（5）完井工程设计、（6）经济效益评价开发方案设计、（7）编制方案报告等七方面实践训练，是对实际油田开发的一次预演，可以极大地提高学生全面系统掌握、灵活应用专业知识的能力和水平。

二、石油工程课程设计实施方案研究

（一）建设了系统的、完备的石油工程综合设计课程实践型教学资源

针对综合设计要求，系统建设了教学大纲、任务指导书、讲义PPT、设计软件系统及教学视频、地质、开发、钻井及完井的数据资料库等材料。特别是设计的目标油藏是一个近真实的油藏，充分协调考虑了真实性与学生可操作性之间的关系。根据勘探开发阶段所提供的有关试油试采资料、储层物性资料、流体资料进行油田开发方案设计。该案例以西部某油田为原型，修改部分数据使其能用于油藏数值模拟且具有方案设计的典型性和多样性。除此之外，方案设计也不再是简单的井网形式下的开发指标，加强了工程论证训练，对工程设计主要决策，包括评价油藏的非均质性、开发层系、采油方式、井身结构等方面加强综合分析和综合论证，使得整个油田开发方案设计与实际更贴切。

（二）研制了满足课程实践应用的“石油工程综合开发设计模拟平台”

自主研发了基于自动微分算法的“石油工程综合设计平台”[3]。自动微分法是一种介于符号微分和数值微分的方法：数值微分强调一开始直接代入数值近似求解;符号微分强调直接对代数进行求解，最后才代入问题数值;自动微分将符号微分法应用于最基本的算子，比如常数，幂函数，指数函数，对数函数，三角函数等，然后代入数值，保留中间结果，最后再应用于整个函数。因此自动微分应用相当灵活，可以做到完全隐藏微分求解过程，由于它的计算实际是一种图计算，可以对其做很多优化。所以自动微分方法与解析方法相比，计算结果更准确，计算速度更快。该软件不仅仅具有算法上的优势，更具有界面操作简单，容易上手的优势。石油工程综合设计平台将整个设计划分为3大模块，分别是油藏工程平台、采油工程平台、钻完井工程平台。在该平台中，还提供储量计算、等值线图、连井剖面图以及多种快速插值的方法如：反距离加权插值、克里金插值、最近邻点插值等。这一系列功能都旨在简化操作流程，让学生们更专注于石油工程设计论证方面的内容。

（三）建立了合理的石油工程综合设计研究能力考查及课程考核方法

采取“论文+答辩”方式对本课程进行考核，课程成绩为设计报告、PPT汇报与回答提问三方面综合考评获得。这种互动式考核提高了研究生学习和创新的自主性与综合素质.增进了学生问相互交流。汇报及答辩过程中采用小组抽签的方式进行，克服了学生偷懒的侥幸心理，保证了所有学生均能全身心投入。

（四）精心设计了研究性教学活动

1.设置课堂知识点讨论。综合设计实践性强，实用性高。下达任务书过程中，会以课程讲解的方式对设计任务书进行讲解，通过统一的讲解，让同学们了解课程设计的关键点以及设计思路。使同学们将石油工程的基础知识与现场实际应用有机结合。

2.开展课下针对性研讨。针对石油工程设计中具体的问题，让课代表进行汇总，安排统一的时间进行研讨学习，在理论学习的基础上，设置油气田开发决策中主要问题（如：开发层系的划分、井网设计与部署、软件使用问题等）作为专题进行讨论。专题研讨会的作用：一是培养同学的研究能力和综合能力;二是培养同学的协作精神和团队精神。

3.引入研究生进入本科教学。利用本课题组的硕士博士研究生资源，在综合设计的过程中，遇到难点和疑点，可与本课题组的硕博研究生进行探讨，他们之间的年龄相差不大，交流起来更方便，同时硕博研究生也有近几年学习该课程的经历，再加上研究生期间的学习，可有效地解决同学们之间的问题。

三、石油工程课程综合设计改革实施效果分析

本次课程改革共有72名石油工程专业学生参加，其中24名学生学习教改内容作为实验组，48名学生学习以往的内容作为对照组。两组学生同时上课，结课，从课程成绩、问卷调查、跟踪调查三个方面进行效果评价。