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

收稿日期：2021-12-11  修回日期：2021-12-23

作者简介：孙廷彬（1985—），男，山东临朐人，中国石油大学（北京）克拉玛依校区石油学院教师，高级工程师，博士，研究方向：油气田开发地质方向研究。

基金项目：新疆维吾尔自治区教育厅本科教育教学研究和改革项目“基于petrel软件平台的‘油矿综合实习’数字化实践教学”（JG2021003）；新疆维吾尔自治区高校本科教育教学研究和改革项目“‘地震勘探采集、处理和解释’一体化与智能化教学体系研究与实践”（PT-2021081）；中国石油大学（北京）克拉玛依校区科研启动基金资助“河控三角洲储层构型原型模型定量表征”（XQZX20210003）

摘要：为适应石油行业数字化发展，高校开展了基于Petrel软件平台的油气田开发地质数字化教学改革实践，培养学生利用数字化软件平台进行地质研究，建立油气田地质模型的实践能力。结果表明，数字化教学提高了学生的学习兴趣，增强了学生分析和解决问题的动手能力。学生通过数字化课程学习，提升了解决问题的效率，掌握数字化研究技能，可以很好地适应油田数字化发展对岗位技能的需求，有利于快速适应工作岗位，融入工作团队。“油气田开发地质”课程对石油高等院校教育现代化改革、培养应用型人才具有重要意义。

关键词：“油气田开发地质”；数字化教学；Petrel软件平台

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1002-4107（2023）01-00  -03

随着计算机技术和网络技术的飞速发展，数字化已经成为了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，油田企业投资大、折旧率高、人员队伍庞大，受到全球油价整体低迷、油气生产成本攀升影响，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，大量节约成本，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，指导下一步生产调整部署的重要依据。但是，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，作为石油类高等院校的开发地质专业，目前的教学方式主要是以传统课堂理论教学和纸质绘图方式，已经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。

“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”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、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，为了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。该软件平台具有含油气盆地演化、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个环节，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Window系统运行，使用目前主流计算机硬件配置即可使用。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，具体体现在以下几个方面：（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、测井和地质资料综合约束，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来指导油田开发部署，而且毕业生到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讲授油田数字化发展的起源、发展和现状，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，让学生毕业后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，邀请油田专家、数字化教学名师在课堂上现场讲解油田数字化发展的起源、发展和现状。另一方面，利用油田现场实际资料，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”课程改革重点考虑学生团队协作能力的培养。根据微机机房内计算机数量，教师将学生分为若干由2～3人组成的小团队。团队由学生自发组队，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等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作为基础。

在地层对比环节，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，建立全油田所有钻井该的地层细分方案。这种开放式的实践训练能够很好的锻炼学生综合思考和分析能力。

在地层模型建立环节，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layer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，主要讲述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、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，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，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，这个过程考查了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。一是邀请一名油田现场专家，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。二是油田现场专家通过讲述其在油田工作的亲身经历，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，让学生切身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、结题文字报告评价3个部分进行。

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，占总成绩的40%。考核分为两个部分，第一部分考核各团队完成的三维地质模型内容是否完整、各个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。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%。

结题文字报告评价：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、对课程的建议等方面。该部分重点考核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”课程数字化教学在资源勘查工程专业2020级学生中开展，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字左右的课程总结文字报告。