勘查技术与工程专业测井生产实习虚拟仿真实验项目建设初探

作者:未知

  摘 要 为切实提高勘查技术与工程专业学生实践创新能力培养,虚拟仿真实验项目的建设和教学实施越来越受重视。本文以勘查技术与工程专业测井生产实习虚拟仿真项目建设为例,探索和阐述了生产实习虚拟仿真项目建设的意义、需要具备的基础、建设方案构思以及拟取得的实验教学预期效果,为同类专业生产实习虚拟仿真实验项目的建设提供了参考和借鉴。
  关键词 虚拟仿真实验 生产实习 测井 实践教学
  中图分类号:G642                                   文献标识码:A    DOI:10.16400/j.cnki.kjdks.2019.07.032
  Construction of Virtual Simulation Experiment Project for Logging
  Production Practice of Exploration Technology and Engineering Specialty
  LAI Fuqiang, TAN Xianfeng, HUANG Zhaohui, HE Jiacheng, ZHU Zhangxiong, WANG Jiabei
  (School of Petroleum and Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331)
  Abstract In order to improve the practical and innovative ability of students majoring in exploration technology and engineering, more and more attention has been paid to the construction and teaching of virtual simulation experiment projects. Taking the construction of virtual simulation project for logging production practice of exploration technology and engineering specialty as an example, this paper explores and expounds the significance, foundation, construction scheme and expected results of experimental teaching of virtual simulation project for production practice of the same specialty, and provides reference and reference for the construction of virtual simulation experiment project for production practice of the same specialty.
  Keywords virtual simulation experiment; production practice; logging; practice teaching
  重庆科技学院勘查技术与工程专业是在学校定位建设特色应用科技大学背景下开展建设,学生实践动手能力培养显得尤为重要。测井生产实习是勘查技术与工程专业的重要实践教学环节,是学生理论学习与现场实践相结合的重要桥梁。[1-3]但由于目前勘查技術与工程专业测井生产实习中“校外实训难、校内难实习、学生多资源少、重复实训难”的问题仍然十分突出,因此本文开展测井生产实习虚拟仿真实验项目建设的探索。   1 测井生产实习虚拟仿真项目建设必要性
  油气地球物理测井是探测地下油气资源的重要间接手段,测井过程中将特殊的测井仪器放入井中,通过各种物理参数测量来判别地下是否有油气以及油气层的位置。由于测井现场环境恶劣、探测仪器装备结构复杂、价格昂贵、操作难度较大,有的仪器还具有一定危险性(譬如:核放射测井),同时油气地质资源赋存在地下几千米深处,看不见摸不着,实验环境难以再现,导致传统方法实验做不了、实训没法做,严重影响教学效果,制约学生实践能力培养。[4-5]
  因此,有必要采用3D虚拟仿真技术模拟真实的测井过程,重点模拟测井仪器在不同地层环境、不同井眼条件下测井曲线的响应特征,还原测井仪器在地下几千米深处真实的运动状态和参数变化规律,融合测井仪器、原理、曲线特征、影响因素和地质应用于一体,使学生通过利用电脑、收集、平板电脑等设备,通过网络就可以轻松遨游于测井井场和地下井眼之中,熟悉测井仪器装置、了解测井工艺流程、掌握测井原理曲线图像响应特征,切实提高实践动手和创新能力。
  2 测井生产实习虚拟仿真项目建设基础
  (1)我校在石油行业应用和开发虚拟仿真实验、实训资源,至今已有30多年的历史。石油与天然气国家级实验教学示范中心拥有教学场地8000平方米,教学设备336台套,仿真实验教学仪器四大系列20余种,总资产价值4000多万元。建有4个虚拟仿真实训室、1个虚拟实训演示厅、3个虚拟仿真微机分室、1个创新虚拟仿真实验室、石油工业科技馆、1个陆上钻-采-输仿真实训基地;石油工程实训仿真教学装备20多台套,建成数字化虚拟油藏、虚拟仿真实训等10个模块,时长100多个小时、软件300余个;获得重庆市高校多媒体教学成果8项奖励。
  (2)坚持产学研一体化开发、建设与共享,促进虚拟仿真教学资源的不断升级。立足石油行业,依托行业办学,为石油工业的发展培养急需的应用型人才,是我校60多年一直坚持的办学理念。以企业需求为导向,校企协同开发符合企业人才培训急需的虚拟仿真教学资源,并不断更新和提高,也保障了企业的广泛应用。同时,通过与同行石油院校合作开发了更高系统化的包括“钻井模拟器、井下作业模拟器”等一批现代化的虚拟仿真设备及课件。产学研一体化开发成熟模式为本项目的实施提供了很好的借鉴。
  (3)测井生产实习虚拟仿真实验项目开发的软硬件条件已经具备。软件条件方面,我校勘查技术与工程专业的测井生产实习基地设在学校附近的中石油测井公司西南分公司,积累了丰富的现场实践经验。硬件方面,学校将结合“石油与天然气工程国家级实验教学中心”的建设,建设了两套测井仿真测量系统,为后期“虚实结合”开展虚拟仿真实验项目开发创造了条件,同时地球物理计算中心高性能的集群工作站和网络设施,为虚拟仿真实验项目开放共享提供了保障。
  3 测井生产实习虚拟仿真项目建设方案设计
  充分利用我校背靠石油行业办学的优势,校企深度协同开展项目内容建设,选用成熟的虚拟仿真实验开发技术,建设符合互联网时代需要的油气勘查类专业生产实习课程虚拟仿真实验教学资源,重构实习教学内容,拉进产学距离,提升育人质量。测井生产实习虚拟仿真实验项目拟通过虚拟仿真技术3D模拟测井现场场景和仪器工作流程,建设任务内容主要分为系统架构和虚拟仿真功能设计两大模块,具体如下:
  3.1 虚拟仿真实验项目的系统架构研究
  拟依托现有的开放式虚拟仿真实验教学管理平台,以网络为载体,集实物虚拟仿真、创新设计、智能指导、实验预约、操作和考核于一体,实现学生线上学习与交流互动,将高危、高成本、不可及、大型综合的专业训练高效地呈现,真正提高学生实践动手能力。
  3.2 测井生产实习虚拟仿真实验功能设计
  (1)井场环境及设备模拟。由于测井发生在钻井井场,因此首先对井场环境进行真实模拟,主要包括钻井井架、钻井平台及设备、井控系统、驱动系统、旋转系统、起升系统和泥浆循环系统。
  (2)测井设备及操作流程模拟。测井设备主要包括测井地面仪器和井下仪器两部分,其中地面仪器主要包括测井工程车、测井绞车、测井电缆、井口滑轮;井下仪器主要包括探测器和电子线路,主要设计常规测井(电阻率、声波时差、自然伽马测井)和特殊测井(电成像、阵列声波、核磁共振测井)。测井操作流程包括仪器设备连接、安装和卸载,重点是绞车、天、地滑轮、电缆、马龙头的连接和井下仪器下放控制操作。
  (3)不同地层模型下测井响应模拟。地层模型模拟主要考虑典型的砂泥岩、碳酸盐岩、火山岩、膏盐剖面和非常规致密砂岩、页岩油气、煤层气、天然气水合物储层剖面,设计从地层岩性、地层构造(裂缝、溶洞等)、流体性质、地层厚度等方面进行自由组合,考察测井曲线和图像的响应规律,旨在提高学生的测井原理理解和测井解释创新能力。
  (4)不同井眼条件下测井响应模拟。井眼条件模拟主要考虑井眼大小、泥浆类型、侵入剖面、井眼垮塌等井况下对仪器运动状态和测井数据采集的影响,以至于对测井数据和测井图像响应的影响,旨在考察学生对各种测井方法影响因素的理解,提高测井解释水平。
  (5)实验教学资料的编写和完善。主要包括实验教学大纲、实验指导书的编写和完善,同时开发测井生产实习虚拟仿真实验相关的考核试题和答案,实现线上实验的自主操作和考核。
  4 测井生产实习虚拟仿真实验教学预期效果
  本虚拟仿真实验项目建成后,拟依托石油与天然气国家级实验教学示范中心,按照现场测井实际生产流程(仪器设备操作、数据采集、测井资料处理和解释),构建了“虚实结合”的全流程、高仿真的虚拟仿真实验,不受场地、时间、空间的制约,最大化利用教学资源,具体实验教学预期效果如下:
  (1)在教学模式上,面向高风险、高投入的测井行业,采用“理、虚、实”一体化的教学模式,降低大型贵重设备的实训机时,有效避免测井现场实训作业风险,加强学生的实践动手能力。
  (2)在教学内容上,利用虚拟设计技术,既真实还原测井现场仪器设备,又兼顾设备操作流程演练,同时设计现场也无法透视的地下地层模型和井眼环境,从测井的基本原理到仪器操作、数据采集和资料处理解释形成一个完整的实验体系,并以“企业真实案例”贯穿其中,大大丰富了实践教学内容。
  (3)在教学方式方法上,集“教、练、考”于一体,采用“全媒体课堂”方法,教师端(PC)与学生端(工作站)同步教学,通过“教”中项目化教学讲解,“练”中的实例操作演练,“考”中的智能考核环节,对学生的每一步操作的正确性、规范性、安全性进行自动记录、评估、计分,并输出和提交详细的考核记录单。
  (4)在开放运行上,充分利用学校校企产学研结合的优势,加强与中石油、中石化和中海油等知名企业合作,进一步完善共享机制,着力面向全国高校、行业企业,实现测井生产实习虚拟仿真实验优质资源开放共享。
  (5)在评价体系上,建立了教师、企业、学生等多主体“共同参与、交互作用的多元化”评价体系,并运用调查、测验、统计方法对分析过程和结果做出评判,并对目标进行反思和修订,不断完善本虚拟实验项目的质量。
  参考文献
  [1] 赵军.工科院校本科生产实习的教学实践与思考——以勘查技术与工程专业测井方向生产实习为例[J].中国校外教育,2012(33):80,102.
  [2] 张广智,宋建国,李振春,等.对勘查技术与工程专业实施“卓越工程师教育培养计划”的一些思考[J].中国地质教育,2011.20(2):5-9.
  [3] 程超,桑琴,刘红岐,等.建立测井生产实习基地,强化工程实践能力培养[J].中国校外教育,2012(24):41-42.
  [4] 勾福岩.虚拟仿真技术在测井实验教學中的探索及应用[J].科技创新导报,2018.15(22):186,190.
  [5] 胡少兵,张超谟,刘海兵.基于虚拟仿真技术的电法测井实验教学探索与实践[J].石油教育,2017(1):74-77.
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