油藏注水開發水驅油虛擬仿真實驗

油藏注水開發水驅油虛擬仿真實驗是重慶科技學院建設的虛擬仿真實驗課程。

基本介紹

• 中文名： 油藏注水開發水驅油虛擬仿真實驗
• 類別：虛擬仿真實驗
• 授課平台：實驗空間
• 建設院校：重慶科技學院

課程簡介

本實驗按照工程教育專業認證的先進理念，依託先進的計算機虛擬仿真技術和網際網路信息技術，基於真實的實驗環境、設備、任務和流程，構建虛擬仿真實驗，以“理、虛、實一體化”的互動教學方式，拓展傳統物模實驗，創新考核評價體系，可鞏固注水開發理論專業知識，強化實驗能力與實踐動手能力。培養科研與創新能力和工程意識。本實驗項目教學高效、功能完善、資源豐富、使用便捷，可面向高校和社會推廣套用。

課程特色

（1）實驗方案設計思路：

①項目建設的必要性

油田開發過程中，注水開發是實現油田穩產、增產及維持正常生產的主要開發方式。水驅油原理是其核心理論知識，也是石油工程和海洋油氣工程專業必修課“油藏工程”課程中必須掌握的知識點。由於油藏深埋於地下，地層多孔介質中的水驅油過程“不可及、不可視”，這部分內容的理論教學一直處於抽象狀態，學生理解困難，需要相應的“油藏注水開發水驅油物理模擬”實驗來提高理論教學效果。

但該實驗在以前的實驗教學中存在3大難題使得實驗開展困難。一是該實驗主要儀器“二維可視化水驅油物理模擬裝置”單台設備價格貴，且占用空間大，實物實驗需要的設備數量有限，學生根本無法做到人手一台設備，且實驗需要消耗大量原油等原材料，實驗設備維護成本高等導致實驗總體成本高，存在“設備貴成本高”的難題；二是實驗設備零部件複雜多樣，涉及的流程和環節多，實際操作複雜，且實際測試過程耗時長，存在“操作難周期長”的難題；三是實驗過程中有高溫高壓風險、廢棄原油和污水污染等安全隱患，存在“易污染風險大”的難題。

因此，本項目根據油藏工程和油氣藏工程基礎等課程的教學需要和油藏注水開發水驅油物理模擬實驗難以開展的實際情況，提出採用計算機虛擬仿真的方式開展實驗教學，填補實際物模實驗的不足，提高實驗教學效果，助力專業理論教學和學生綜合能力培養。

②實驗方案設計思路

本項目以實際的“油藏注水開發水驅油物理模擬實驗”為基礎，依託先進的計算機虛擬仿真技術和網際網路等信息技術，基於真實的實驗環境，真實的實驗設備，真實的實驗任務和真實的實驗流程構建虛擬仿真實驗，研製虛擬仿真實驗教學軟體，搭建虛擬仿真實驗教學互網路平台，建設網路教學資源，向學生提供能隨時隨地進行虛擬仿真實驗的開放條件，以“理、虛、實”一體化的教學方式，彌補物模實驗的不足，創新教學方法與評價體系，提高實驗教學效果，助力專業理論教學和綜合能力培養。

學生通過實驗教師課前引導，了解實驗目的與內容、學習方法與要求，並親歷現場感受實驗過程；學生課後利用網站教學資源，以學生為中心自主學習實驗原理、操作規程、專業理論知識等；利用虛擬仿真實驗平台開展實驗虛擬仿真訓練，通過互動式解決實驗故障，聚焦“解決複雜工程問題能力”培養；預習測試、操作考試、理論測試和實驗報告四維綜合考核，全面培養學生知識與能力。

③實驗方案的先進性

我校石油工程專業通過了工程教育專業認證，本實驗方案設計中充分融入工程認證理念，助力專業理論教學效果提升的同時，支撐工程實踐能力強的套用型人才培養。

一是教學理念上“以學生為中心”。以學生掌握油藏注水開發理論相關專業知識為中心，設計了課前預習、自主操作練習、自主實驗考試、自主分析撰寫、教師過程監控的教學模式，有效激發學生學習的積極性和主動性。

二是教學內容上聚焦“解決複雜工程問題能力”培養。油藏注水開水驅油虛擬仿真實驗設定了基本原理演示、專業實驗實操、實驗總結分析等模組，專業實驗方面設定了不同井網類型、儲層物性和流體物性的虛擬實驗，各主要環節均需要結合專業理論知識進行操作，遇到問題後還需進行分析才能繼續實驗，充分培養學生深入運用工程原理解決複雜工程問題的能力。

（2）教學方法創新：

一是“理—實—虛一體化”教學。學生先通過課堂講授學習專業理論知識，用專業理論知識指導實驗操作與分析；再通過實地觀摩真實物模實驗，親歷體驗真實物模實驗環境、實驗設備、實驗測試流程和實驗安全規程，彌補虛擬環境的不真實性和操作的隨意性，增強規範的實驗操作意識；最後通過虛擬仿真實驗平台開展虛擬實驗，克服物模實驗中存在的各種難題，並通過理論測試檢驗學生對專業知識的掌握情況，確保實驗教學對專業理論教學的支撐，同時助力實踐動手能力的培養。

二是互動式虛擬教學。學生可以充分利用虛擬仿真實驗平台的仿真訓練模組開展虛擬仿真訓練，該模組對每一個實驗步驟均設定了互動式學習環節，對於錯誤操作給出提示，協助學生完成整個實驗。同時，學生還可利用網站學習材料開展專業知識和實驗操作技能的自主學習，並通過預習測試確保課後自主學習效果。通過互動式虛擬教學，強化學生自學意識，提升學生自主學習能力，提高實驗教學效率。

三是理論與實踐融合教學。學生在專業理論知識學習基礎上，利用實驗預習模組的水驅油原理及相關知識點的虛擬實驗進一步強化理論知識學習；虛擬實驗流程中設定了多選項、干擾項等環節，強化學生利用專業理論知識深入分析問題後才能完成各個實驗步驟的工程意識。

（3）評價體系創新：

一是四維綜合評價，確保知識能力全面培養。本項目從實驗預習、實驗操作技能、實驗分析報告、專業理論知識四個維度開展考核評價，實驗預習考察學生自學效果，強化自學意識和能力培養；實驗操作技能考察學生實驗技能，培養實踐動手能力；實驗報告考察學生運用專業知識分析問題、解決問題的解決複雜工程問題能力；專業理論知識測試考察學生通過實驗課程對專業理論知識的掌握情況，確保實驗對專業理論教學的支撐。

二是網路實時考核，提升教學效率。預習測試和專業理論知識測試採用網路題庫隨機抽題測試，系統自動批改，解決傳統實驗課程因“學生多、耗時長”而難以評價課前預習效果和理論知識掌握情況的難題；實驗操作技能考核採用虛擬仿真平台考試模組自動實時評價，對每一操作步驟均做出評價，解決傳統實驗課程只能根據實驗報告單一評價，難以全面評價實驗操作技能的難題。

（4）對傳統教學的延伸與拓展：

一是多方案重複實驗，培養科研創新能力。傳統物模實驗因操作複雜、耗時長等困難導致學生只能單次實驗，不能根據分析研究需要任意設計實驗方案。本項目依託虛擬仿真實驗平台的便捷性和可重複性，學生可自行設計多個對比實驗方案，採集不同實驗方案的圖像與數據，開展分析研究並撰寫實驗報告，提升學生的科研創新能力。

二是持續建設工程案例資源，培養學以致用的工程意識。項目負責人和團隊成員都是與油田企業開展合作研究的高水平科研人員，有豐富的相關科研成果和資料，依託學校科研反哺教學政策，在虛擬仿真實驗平台上持續建設相關的工程案例資源供學生學習，讓學生能夠了解理論知識的實際工程套用，使枯燥的專業實驗不再空洞乏味，提升學生學習興趣，增強工程意識。

三是面向社會開啟共享、持續改進。依託網際網路技術，向需要本實驗項目的單位、教師和學生開放共享，簡化使用審查環節，確保使用便捷，解決傳統物模實驗教學的時空限制。同時開啟用戶反饋通道，及時收集用戶意見，持續改進實驗系統。