基于工程案例的“提高采收率原理与方法”课程教学实践.pdf

教研教改JIAOYAN JIAOGAI 教师TEACHER 0962023 年 11 月Nov.2023一、引言理论与工程实践相结合、有效解决生产实际问题是石油工程专业毕业生应该具备的一个基本能力，同时也是工科类专业重要人才培养目标。1以常州大学石油工程专业的人才培养目标为例，该专业要求学生在毕业五年后能够具备较强的分析、解决复杂工程问题的能力，能获得行业认可，具备就业竞争力，具备较强创新能力和创新意识、沟通能力、经营管理和团队协作能力。2“提高采收率原理与方法”课程是常州大学石油工程专业资源与环境类别（石油与天然气工程培养方向）专业本科生和学术硕士的核心课程。将国内各大油田提高采收率的工程实践整理成具体的教学案例，是将理论联系实际、激发学生创新能力和创新意识的重要途径之一。目前在教学中将提高采收率的相关工程案例融入教学中的情况仍不多见，可见该课程“以学生为中心”的理念有待进一步加强。由于提高油气藏采收率具有复杂性和紧迫性，本课程根据课堂教学学时数的要求，总结了国内各大油田提高采收率遇到的瓶颈与具体实践措施，并整理成典型的案例引入课堂，让学生对提高采收率原理与方法这一概念更加清晰、深刻，能灵活地应用所学知识并解决实际问题。二、石油工程专业“提高采收率原理与方法”课程典型案例设计案例教学法最早由美国哈佛法学院大学教授提出，并在多个国家的不同学科内进行理论和实践方面的探索。3该教学法的关键是找到与课程知识点相关的能够辅助教学的典型案例。本课程的教学案例（下页表 1）按照不同主角分为教师讲解输入和学生自主输出两部分，共计五个案例，其中，前三个案例以教师讲解为主，后两个教学案例以学生自主学习为主。五个案例均以工程问题为导向，培养学生学习兴趣、提高知识内化效果，从而培养学生分析和解决实际工程问题的能力。4同时，案例设计中贯穿了对石油精神的讲解，使学生在学习过程中接受石油精神的熏陶，传承和发扬石油精神。（一）案例 1：大庆油田三元驱提高采收率矿场实践案例案例 1 以我国最大的油田，也是世界级为数不多的特大型砂岩油田大庆油田为例。56由于其具有高含水的特点，常规的水驱技术无法进一步提高采收率，这是该油田面临的主要困境。此案例主要以教师教学为主，学生课堂小组研讨为辅。在教学过程中教师让学生掌握水驱油的基本概念和原理，熟悉大庆油田提高采收率技术发展的历史背景以及该技术的适用条件。基于工程案例的“提高采收率原理与方法”课程教学实践白佳佳，陶 磊，史文洋，张 娜摘 要：文章以“理论结合实践，解决生产实际问题”为出发点，结合石油工程专业“提高采收率原理与方法”课程的培养方案和培养目标，形成了该课程的教学案例。该教学案例涵盖了我国东部老区的大庆油田、辽河油田、胜利油田和西部低渗、特低渗、深层的长庆油田和塔里木油田的提高采收率实践内容，同时每个案例中又贯穿了“石油精神”的概念。教学通过教师讲解和学生自主学习的形式，引导学生以工程问题为导向，分析问题并设计相应的解决方案。实践结果表明，以各大油田开发现状为主体设计的案例式教学，不仅显著提高了学生的学习兴趣和解决问题的能力，而且传承和发扬了石油精神，使学生对祖国的能源事业更加向往，更愿意为祖国的能源安全事业贡献力量。基金项目：常州大学教育教学研究课题“将绿水青山和精准扶贫植根大学生创新创业的思政探索以油茶皂甙提取与应用”（编号：GJY2020093）。作者简介：白佳佳（1993），男，讲师，博士研究生，研究方向：致密油气藏储层保护与提高采收率方面的教学与研究工作。中图分类号：G642 文献标识码：A 收稿日期：2023-07-11 文章编号：1674-120X（2023）33-0096-03关键词：工程案例；提高采收率；课程实践；能力；石油精神（常州大学石油工程学院，江苏常州213164）教研教改0972023 年 11 月该案例共分为三次课进行教学，第一次课教师讲完大庆油田的水驱开发现状和所遇到的困境后，要求学生课后对大庆油田的聚合物驱技术和三元复合驱技术进行调研、归纳和总结，并在第二次和第三次课的课堂上进行分组汇报。在每组汇报结束后教师对汇报内容进行点评并进一步帮助学生强化知识点，帮助学生梳理大庆油田提高采收率技术的发展史。课堂上教师穿插讲解“铁人”王进喜的事迹，引导学生们进一步了解大庆精神的精髓和内涵。基于该案例及其延伸，学生认识了油田产量的提高离不开采收率的提高，离不开提高采收率技术的进步与创新，也离不开科技工作者默默无闻的付出，不断地攻坚克难。教师应鼓励学生将课本所学的知识运用到大庆油田遇到的提高采收率难题中，将所学的知识进一步运用到实际问题中，才能更好地激发学生的学习热情和兴趣。同时在这过程中潜移默化地传承“为国争光、为民族争气”的爱国主义精神，“独立自主、自力更生”的艰苦创业精神。（二）案例 2：辽河油田热力采油提高采收率矿场实践案例我国稠油资源丰富，热力采油可以有效降低稠油黏度，提高原油流动性。7热力采油是提高采收率课程中的重要组成部分。教学案例设计以中国第九大油田，同时也是我国最大的稠油、高凝油的生产基地辽河油田为例。该油田主要的提高采收率手段包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD）技术。该案例的教学同样以教师课堂教学为主，学生小组讨论和课程汇报为辅。该案例选择辽河油田杜 84 块馆陶、兴隆台超稠油为具体案例。该区块是国内稠油热采技术成功应用典范，首先使用了蒸汽吞吐方式开发，后不断创新使用“直平”组合的 SAGD 技术开发，对水平段长度、布井方式、水平段位置、注采参数等进行了优化。随着该区块开发的进行和产液含水率的提高，持续创新 SAGD 技术，形成了平平、直井辅助双平驱泄复合井网设计技术等。截至 2020 年，辽河油田杜84 块馆陶 72 个井组已应用 SAGD 技术，连续 4 年产量百万吨，采收率提高至 70%。在以辽河油田开发现状讲授热力采油提高采收率知识点时，教师着重介绍了该技术的适用条件和范围。同学带着问题在课后进行调研，不断地归纳总结和探索，为辽河油田提高采收率发展献言献策，同时在耳濡目染中学习辽河油田的“创业奉献、吃苦不怕苦”精神。（三）案例 3：胜利油田多元热流体提高采收率矿场实践案例多元热流体的驱替与吞吐技术是提高采收率原理与方法课程的重要组成部分。该部分需要掌握的知识点包括二氧化碳混相驱与非混相驱、最小混相压力与驱油效率之间的关系以及混相驱和非混相驱的技术特征和适用范围。该案例选择的是胜利油田中深层特超稠油和浅薄层特超稠油油藏提高采收率的矿场实践。该案例教学同样以教师在课堂上讲解为主，学生分组讨论为辅。该案例具体选择的是春风、金家和安乐等油田。上述油田采用的深层特超稠油“水平井+降黏剂+CO2+蒸汽”技术和浅薄层特超稠油“水平井+降黏剂+N2+蒸汽”技术分别有效地解决了埋深 1400m、50、黏度为 100000 400000mPas 的深层特超稠油有效开发问题和埋深为 400 600m、厚度为 2m、黏度为 100000mPas 的浅薄层特超稠油有效开发动用问题。本案例是案例 1 和案例 2 的延伸，同时也体现了提高采收率技术的发展史中的一个阶段。随着石油和天然气资源的不断开发，油气资源开发的难度也在不断增加，技术要求也越来越高，要求科技工作者在实践中不断开拓创新。教师通过该案例的教学激发和唤醒学生“爱国、创业、创新、开放”的热情。（四）案例 4：塔里木油田气驱提高采收率矿场实践案例在气驱提高采收率章节中，教学以中国第三大油田，西气东输主力气源地塔里木油田为例。有了前三个案例面临困境教学内容石油精神大庆油田 高含水，常规采收率技术无法进一步提高采收率水驱、聚合物驱、二元驱、三元驱“爱国、创业、求实、奉献”辽河油田 原油黏度高，流动性差稠油热采“创业奉献、吃苦不怕苦”胜利油田 原油黏度高，储层薄多元热流体提采“爱国、创业、创新、开放”塔里木油田井深、井距大、高温、高压、高盐、地质条件复杂气驱提高采收率“艰苦奋斗、真抓实干、求实创新”长庆油田 低渗、低压、低丰度井网加密、井型优化“苦干实干”“三老四严”表 1 面向工程问题的教学案例设计教研教改0982023 年 11 月案例作为铺垫，该案例的教学以学生自主学习为主。该案例主要与油层物理和高等渗流力学等课程相关。在教学过程中，教师引导学生去调研实际情况和剖析问题。首先明确塔里木油田井深、井距大、“三高”（高温、高压、高盐）、复杂的地质特征和油藏进入中高含水期，产量递减快的开发现状。然后在此基础上教师引导学生开展对注气，注气泡沫驱技术的调研，了解该类技术的特点和适用范围。塔里木油田地面环境苛刻，埋深 4000m 以上的油藏 83%以上，油藏温度达 110140。另外，由于塔里木油田是海相沉积油田，因此其地层水矿化度普遍高于 10104mg/L，最高达到27104mg/L，水型以CaCl2型为主，钙、镁离子含量普遍高于 4000mg/L。目前分层注水、堵水调剖和深部调驱、化学驱等技术仍无法有效提高高温高盐油藏的采收率，且基于提高采收率的机理分析，聚合物驱难度大，表面活性剂驱对温度、压力和地层水矿化度极为敏感。结合塔里木油田气源丰富的天然优势，注气或注气泡沫驱技术具有很大的提高原油采收率潜力。学生通过自主学习该案例，掌握了烃类气体、非烃类气体混相驱提高采收率的机理，掌握混相驱的技术特点和适用范围。同时，学习该案例的过程可以让学生了解和学习到新时代下的塔里木精神“艰苦奋斗、真抓实干、求实创新，这种精神也必将感召着一代代热血青年投身塔里木油田油气勘探开发工作中。（五）案例 5：长庆低渗透油气田提高采收率矿场实践案例提高低渗透油气田采收率同样是提高采收率原理与方法这门课程的关键章节。低渗透油气储量在我国油气资源中的占比同样是非常可观的。这里以低渗、低压、低丰度的典型代表长庆油田为例。截至 2022 年年底，长庆油田全年生产油气当量突破 6500 万吨，创造了中国油气田产油年产油气最高纪录。该气田是中国致密砂岩气的典型代表，是国内年产量最大的气田。截至2022年12月，苏里格气田日产天然气突破1亿立方米，可满足 5000 万个家庭一天的用气需求。该案例的教学以学生自主学习、自主分析探索为主。该案例主要是针对气藏提高采收率的方法与策略的教学。教师首先将问题分解成长庆油田开发现状、开发瓶颈、开发对策和提高采收率策略等几个方面，让学生分组调研、搜集资料、小组讨论并进行汇报。课堂上教师传授学生掌握气藏提高采收率的技术和方法；同时，带领学生重温以“苦干实干”“三老四严”为核心的石油精神。课后教师给学生布置思考题，让学生思考鄂尔多斯盆地油气田的开发现状，提出更好的开发措施。学生通过自主学习该案例可以了解并熟悉气藏提高采收率方案的制订过程，能够理解应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，能够分析并解决提高采收率相关领域的复杂工程问题，并能够制订满足 HSE健康（Health）、安全（Safety）、环境（Environment）要求下的提高采收率方案。三、结语“提高采收率原理与方法”课程是常州大学石油工程专业本科生的专业必修课，同时也是常州大学石油工程专业资源与环境类别（石油与天然气工程培养方向）专业学术硕士的专业核心课程，其开设目的是让学生掌握各种提高采收率方法的基础理论与驱油机理，形成解决问题的思路和了解技术研究发展的趋势，为将来从事提高采收率方向的实际工作和科研打下基础。本案例库的设计涵盖了东部老区的大庆油田、辽河油田、胜利油田和西部低渗、特低渗、深层的长庆油田和塔里木油田，案例设计极具代表性。油气田开发难度越来越大，技术要求越来越高，提高采收率技术也在不断适应油藏开发需要持续发展。石油工程专业学生在学习提高采收率这门课时需要瞄准国内大油田提高采收率遇到的难题与困境，同时掌握各大油田提高采收率所采取的措施，掌握每种提高采收率方法的原理并清楚应用范围。以案例教学为导向，不仅可以激发学生学习兴趣，使其深刻认识油田提高采收率的必要性和紧迫性，还可使学生具备灵活运用并解决复杂工程问题的能力；同时教师在课堂上穿插鼓舞石油工人的原动力石油精神的教学，帮助学生理解各个时期和各个油田的石油精神内涵，传承石油精神。参考文献：1 许成元，游利军，李相臣，等.基于案例教学的石油工程“岩石力学”课程典型案例设计实践 J.科教导刊，2021（19）：102-104.2 罗天雨，于浩龙，林国锋，等.论石油工程实践教学对学生创新能力的培养 J.高教学刊，2023，9（13）：59-63.3 栾秀春，高璞珍，王晓莺，等.案例教学法在工科专业数学课程教学中的应用 J.高等工程教育研究，2021（3）：169-172，189.4 玄伟伟，罗春欢，任 玲，等.工程认证背景下“工程流体力学”案例型教学探索 J.高等工程教育研究，2023（S1）：122-125.5 李广超.国内油田三次采油提高采收率主体技术进展（上）J.油田化学，2023，40（1）：168-174.6 刘佳丽，黄思源，蒋 琪，等.溶剂辅助蒸汽驱后期提高稠油采收率研究 J.西南石油大学学报（自然科学版），2023，45（3）：98-108.7 马新华，何东博，位云生，等.天然气提高采收率理论基础、技术方法与发展方向 J.天然气工业，2023，43（1）：1-12.