賴富強 譚先鋒 黃兆輝 何加成 朱章雄 汪佳蓓

摘 要 為切實提高勘查技術(shù)與工程專業(yè)學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，虛擬仿真實驗項目的建設(shè)和教學實施越來越受重視。本文以勘查技術(shù)與工程專業(yè)測井生產(chǎn)實習虛擬仿真項目建設(shè)為例，探索和闡述了生產(chǎn)實習虛擬仿真項目建設(shè)的意義、需要具備的基礎(chǔ)、建設(shè)方案構(gòu)思以及擬取得的實驗教學預期效果，為同類專業(yè)生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗項目的建設(shè)提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真實驗 生產(chǎn)實習 測井 實踐教學

中圖分類號：G642 ??????????????????????????????????文獻標識碼：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

重慶科技學院勘查技術(shù)與工程專業(yè)是在學校定位建設(shè)特色應用科技大學背景下開展建設(shè)，學生實踐動手能力培養(yǎng)顯得尤為重要。測井生產(chǎn)實習是勘查技術(shù)與工程專業(yè)的重要實踐教學環(huán)節(jié)，是學生理論學習與現(xiàn)場實踐相結(jié)合的重要橋梁。[1-3]但由于目前勘查技術(shù)與工程專業(yè)測井生產(chǎn)實習中“校外實訓難、校內(nèi)難實習、學生多資源少、重復實訓難”的問題仍然十分突出，因此本文開展測井生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗項目建設(shè)的探索。

1?測井生產(chǎn)實習虛擬仿真項目建設(shè)必要性

油氣地球物理測井是探測地下油氣資源的重要間接手段，測井過程中將特殊的測井儀器放入井中，通過各種物理參數(shù)測量來判別地下是否有油氣以及油氣層的位置。由于測井現(xiàn)場環(huán)境惡劣、探測儀器裝備結(jié)構(gòu)復雜、價格昂貴、操作難度較大，有的儀器還具有一定危險性（譬如：核放射測井），同時油氣地質(zhì)資源賦存在地下幾千米深處，看不見摸不著，實驗環(huán)境難以再現(xiàn)，導致傳統(tǒng)方法實驗做不了、實訓沒法做，嚴重影響教學效果，制約學生實踐能力培養(yǎng)。[4-5]

因此，有必要采用3D虛擬仿真技術(shù)模擬真實的測井過程，重點模擬測井儀器在不同地層環(huán)境、不同井眼條件下測井曲線的響應特征，還原測井儀器在地下幾千米深處真實的運動狀態(tài)和參數(shù)變化規(guī)律，融合測井儀器、原理、曲線特征、影響因素和地質(zhì)應用于一體，使學生通過利用電腦、收集、平板電腦等設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)就可以輕松遨游于測井井場和地下井眼之中，熟悉測井儀器裝置、了解測井工藝流程、掌握測井原理曲線圖像響應特征，切實提高實踐動手和創(chuàng)新能力。

2?測井生產(chǎn)實習虛擬仿真項目建設(shè)基礎(chǔ)

（1）我校在石油行業(yè)應用和開發(fā)虛擬仿真實驗、實訓資源，至今已有30多年的歷史。石油與天然氣國家級實驗教學示范中心擁有教學場地8000平方米，教學設(shè)備336臺套，仿真實驗教學儀器四大系列20余種，總資產(chǎn)價值4000多萬元。建有4個虛擬仿真實訓室、1個虛擬實訓演示廳、3個虛擬仿真微機分室、1個創(chuàng)新虛擬仿真實驗室、石油工業(yè)科技館、1個陸上鉆-采-輸仿真實訓基地;石油工程實訓仿真教學裝備20多臺套，建成數(shù)字化虛擬油藏、虛擬仿真實訓等10個模塊，時長100多個小時、軟件300余個;獲得重慶市高校多媒體教學成果8項獎勵。

（2）堅持產(chǎn)學研一體化開發(fā)、建設(shè)與共享，促進虛擬仿真教學資源的不斷升級。立足石油行業(yè)，依托行業(yè)辦學，為石油工業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)急需的應用型人才，是我校60多年一直堅持的辦學理念。以企業(yè)需求為導向，校企協(xié)同開發(fā)符合企業(yè)人才培訓急需的虛擬仿真教學資源，并不斷更新和提高，也保障了企業(yè)的廣泛應用。同時，通過與同行石油院校合作開發(fā)了更高系統(tǒng)化的包括“鉆井模擬器、井下作業(yè)模擬器”等一批現(xiàn)代化的虛擬仿真設(shè)備及課件。產(chǎn)學研一體化開發(fā)成熟模式為本項目的實施提供了很好的借鑒。

（3）測井生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗項目開發(fā)的軟硬件條件已經(jīng)具備。軟件條件方面，我校勘查技術(shù)與工程專業(yè)的測井生產(chǎn)實習基地設(shè)在學校附近的中石油測井公司西南分公司，積累了豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。硬件方面，學校將結(jié)合“石油與天然氣工程國家級實驗教學中心”的建設(shè)，建設(shè)了兩套測井仿真測量系統(tǒng)，為后期“虛實結(jié)合”開展虛擬仿真實驗項目開發(fā)創(chuàng)造了條件，同時地球物理計算中心高性能的集群工作站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，為虛擬仿真實驗項目開放共享提供了保障。

3?測井生產(chǎn)實習虛擬仿真項目建設(shè)方案設(shè)計

充分利用我校背靠石油行業(yè)辦學的優(yōu)勢，校企深度協(xié)同開展項目內(nèi)容建設(shè)，選用成熟的虛擬仿真實驗開發(fā)技術(shù)，建設(shè)符合互聯(lián)網(wǎng)時代需要的油氣勘查類專業(yè)生產(chǎn)實習課程虛擬仿真實驗教學資源，重構(gòu)實習教學內(nèi)容，拉進產(chǎn)學距離，提升育人質(zhì)量。測井生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗項目擬通過虛擬仿真技術(shù)3D模擬測井現(xiàn)場場景和儀器工作流程，建設(shè)任務(wù)內(nèi)容主要分為系統(tǒng)架構(gòu)和虛擬仿真功能設(shè)計兩大模塊，具體如下：

3.1?虛擬仿真實驗項目的系統(tǒng)架構(gòu)研究

擬依托現(xiàn)有的開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺，以網(wǎng)絡(luò)為載體，集實物虛擬仿真、創(chuàng)新設(shè)計、智能指導、實驗預約、操作和考核于一體，實現(xiàn)學生線上學習與交流互動，將高危、高成本、不可及、大型綜合的專業(yè)訓練高效地呈現(xiàn)，真正提高學生實踐動手能力。

3.2?測井生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗功能設(shè)計

（1）井場環(huán)境及設(shè)備模擬。由于測井發(fā)生在鉆井井場，因此首先對井場環(huán)境進行真實模擬，主要包括鉆井井架、鉆井平臺及設(shè)備、井控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、起升系統(tǒng)和泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

（2）測井設(shè)備及操作流程模擬。測井設(shè)備主要包括測井地面儀器和井下儀器兩部分，其中地面儀器主要包括測井工程車、測井絞車、測井電纜、井口滑輪;井下儀器主要包括探測器和電子線路，主要設(shè)計常規(guī)測井（電阻率、聲波時差、自然伽馬測井）和特殊測井（電成像、陣列聲波、核磁共振測井）。測井操作流程包括儀器設(shè)備連接、安裝和卸載，重點是絞車、天、地滑輪、電纜、馬龍頭的連接和井下儀器下放控制操作。

（3）不同地層模型下測井響應模擬。地層模型模擬主要考慮典型的砂泥巖、碳酸鹽巖、火山巖、膏鹽剖面和非常規(guī)致密砂巖、頁巖油氣、煤層氣、天然氣水合物儲層剖面，設(shè)計從地層巖性、地層構(gòu)造（裂縫、溶洞等）、流體性質(zhì)、地層厚度等方面進行自由組合，考察測井曲線和圖像的響應規(guī)律，旨在提高學生的測井原理理解和測井解釋創(chuàng)新能力。

（4）不同井眼條件下測井響應模擬。井眼條件模擬主要考慮井眼大小、泥漿類型、侵入剖面、井眼垮塌等井況下對儀器運動狀態(tài)和測井數(shù)據(jù)采集的影響，以至于對測井數(shù)據(jù)和測井圖像響應的影響，旨在考察學生對各種測井方法影響因素的理解，提高測井解釋水平。

（5）實驗教學資料的編寫和完善。主要包括實驗教學大綱、實驗指導書的編寫和完善，同時開發(fā)測井生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗相關(guān)的考核試題和答案，實現(xiàn)線上實驗的自主操作和考核。

4?測井生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗教學預期效果

本虛擬仿真實驗項目建成后，擬依托石油與天然氣國家級實驗教學示范中心，按照現(xiàn)場測井實際生產(chǎn)流程（儀器設(shè)備操作、數(shù)據(jù)采集、測井資料處理和解釋），構(gòu)建了“虛實結(jié)合”的全流程、高仿真的虛擬仿真實驗，不受場地、時間、空間的制約，最大化利用教學資源，具體實驗教學預期效果如下：

（1）在教學模式上，面向高風險、高投入的測井行業(yè)，采用“理、虛、實”一體化的教學模式，降低大型貴重設(shè)備的實訓機時，有效避免測井現(xiàn)場實訓作業(yè)風險，加強學生的實踐動手能力。

（2）在教學內(nèi)容上，利用虛擬設(shè)計技術(shù)，既真實還原測井現(xiàn)場儀器設(shè)備，又兼顧設(shè)備操作流程演練，同時設(shè)計現(xiàn)場也無法透視的地下地層模型和井眼環(huán)境，從測井的基本原理到儀器操作、數(shù)據(jù)采集和資料處理解釋形成一個完整的實驗體系，并以“企業(yè)真實案例”貫穿其中，大大豐富了實踐教學內(nèi)容。

（3）在教學方式方法上，集“教、練、考”于一體，采用“全媒體課堂”方法，教師端（PC）與學生端（工作站）同步教學，通過“教”中項目化教學講解，“練”中的實例操作演練，“考”中的智能考核環(huán)節(jié)，對學生的每一步操作的正確性、規(guī)范性、安全性進行自動記錄、評估、計分，并輸出和提交詳細的考核記錄單。

（4）在開放運行上，充分利用學校校企產(chǎn)學研結(jié)合的優(yōu)勢，加強與中石油、中石化和中海油等知名企業(yè)合作，進一步完善共享機制，著力面向全國高校、行業(yè)企業(yè)，實現(xiàn)測井生產(chǎn)實習虛擬仿真實驗優(yōu)質(zhì)資源開放共享。

（5）在評價體系上，建立了教師、企業(yè)、學生等多主體“共同參與、交互作用的多元化”評價體系，并運用調(diào)查、測驗、統(tǒng)計方法對分析過程和結(jié)果做出評判，并對目標進行反思和修訂，不斷完善本虛擬實驗項目的質(zhì)量。

參考文獻

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