结合“试井分析”实现“数值分析”案例式教学改革

陈岩　张涛

摘 要 “數值分析”和“试井分析”是油气田开发专业的重要专业课。本文基于“试井分析”课程内容和课程特点，抓住油气田开发专业的特点和重点，采用理论结合实际油田生产科研问题方式，将“试井分析”有机的引入到“数值分析”课程的教学中，据此探讨“数值分析”课程案例式创新性教学改革，加强学科之间的交融，提高学生解决实际油田问题的能力。

关键词 试井分析 数值分析 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.09.045

Combination of “Well Test Analysis” to Realize the Case Teaching

Reform of “Numerical Analysis”

CHEN Yan， ZHANG Tao

（School of Information and Mathematics， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract “Numerical analysis” and “well test analysis” are important specialized courses in oil and gas field development. This paper is based on "test analysis" course content and course characteristics， grasp the characteristics and key professional development of oil and gas fields， by combining the theory with the actual oil production problems， the “well test analysis” is introduced to the organic “numerical analysis"teaching， to explore the “numerical analysis” curriculum innovation case teaching reform accordingly. Strengthen the integration between disciplines， improve the students' ability to solve practical problems in oil field.

Keywords well test analysis； data analysis； teaching reform

“十三五”时期，世界科技创新呈现新趋势，国内经济社会发展进入新常态。全球新一轮科技革命和产业变革蓄势待发。科学技术从微观到宏观各个尺度向纵深演进，学科多点突破、交叉融合趋势日益明显。在国家“十三五”倡导科技创新的背景下，提高教育质量作为“十三五”的一个重要的主题提出来了，旨在提高当代大学生和研究生的人文素质和技术素质，以适应经济发展的新常态。数值分析[1]在计算型学科体系中占据着特殊地位，其教学质量的好坏直接影响其专业课学习的深度，亦影响学生的培养质量。

“试井分析”课程[2]是油气田开发专业基础课之一， 是培养高水平试井解释人才的重要专业理论课程，其课程教学质量对培养高品质油气田开发人才至关重要。该课程较为全面系统的阐述了单相流及多相流条件下油井、气井的稳定及不稳定试井分析基本理论与方法，主要包括油井、气井及油气两相流井产能试井分析方法等内容，该课程里面涉及很多数值分析的教学内容，如何与数值分析的教学相结合就显得非常重要，这也是培养高质量试井解释人才的重中之重。

本文针对数值分析教学目标，结合油气田开发专业特点，通过“试井分析”课程中的基本内容低渗压敏均质油藏试井解释模型作为案例，讲解在数值分析的教学中如何渗透专业背景知识，使得数值分析易于被油气田开发学生吸收，有利于“数值分析”与“试井分析”知识的交叉融汇，也作为高质量人才培养的一个思路。[3-9]

1 数值分析教学中存在的问题

数值分析也叫数值计算方法，其实用性较强，为实际计算问题提供了较好的理论和方法，对于复杂方程组和大型矩阵计算必须借助计算机方可实现。虽然数值分析课程改革方面取得了一些成绩，但是其教学仍面临一系列问题：

（1）数值分析的课程体系仍然重理论轻实践，只注重解题方法与技巧的训练，使得学生对于数值分析应用载体的认知不够，无法发现其应用价值。

（2）教学内容与专业脱节，缺少具有专业背景的相关例题和应用案例，使得教学枯燥，学生很难产生学习兴趣，影响后续专业课程的学习。

（3）教学侧重点未结合专业特点，使得学生无法形成有效的知识储备，很难构建较好的知识结构体系，不利于后期创新能力的培养，影响学生的专业技能。

（4）教学手段和方法单一，师生互动较少，新技术融入不够，现代科技优势未发挥出来。

（5）理论与实际未有机结合，缺少应用实践平台，导致学生解决实际问题的能力不强，创新意识和创新能力不足，不能满足社会发展对高质量人才的需求。

所以，老师有必要了解专业背景知识，并有机的将专业相关的案例运用到数值分析教学中，这样才可以取得良好的授课效果和学习效果，为培养新时代高质量人才提供了一个思路。

2 数值分析教学中运用“试井分析”课程的典型教学案例

以讲解有限差分为例，讲解完基本理论和公式推导后，为了加深学生的理解，选取“试井分析”课程中的内容——低渗压敏均质油藏试井解释模型作为案例。endprint

低渗压敏均质油藏试井解释模型的无因次渗流方程：

（1）

初始条件： （2）

内边界条件： （3）

外边界条件： （4）

无穷大： （5）

圆形定压： （6）

圆形封闭： （7）

方程（1）～（7）即构成了低渗压敏单一介质油藏的无因次试井解释模型。

有限差分法的基本思想是先把问题的定义域进行网格剖分，然后在网格点上，按适当的数值微分公式把定解问题中的微商换成差商，从而把原问题离散化为差分格式，进而求出数值解，在VS2010或者C++中编程实现该算法即可求解该模型。

（1）i=l时

（8）

（2）1

（9）

（3）i=N时

若为封闭边界：

（10）

若为定压边界：

（11）

其中，

无因次井底流压： （12）

式中， —无因次径向半径； wD—无因次井筒半径；—无因次边界半径；—表皮系数，无量纲；—开井生产时间；—无因次压力；PwD—无因次井底压力； -无因次启动压力梯度；-无因次井储系数；-无因次压敏系数。

3 数值分析课程案例式教学改革方案

数值分析课程涉及内容较多，在有限的课时内既要传授基本理论，又要使学生有效知识储备最大化，必须进行案例式教学改革，促进学科之间的渗透与交叉。

（1）制定与专业培养目标相适应的教学大纲和教学方案。长江大学数值分析课程主要面对石油专业研究生的教学，培养的研究生就业主要面向石油、石化领域，这就要求课程教学大纲必须与石油专业的特点结合，以有效解决石油专业中的计算问题。

（2）选择适合专业培养的教材和参考书。目前关于数值分析的教材和参考书很多，根据石油专业的特点，选择相应的参考书，达到因材施教的目的。长江大学数学学院根据多年授课的经验，2001年编写了适合工科研究生的数值计算方法教材，适当淡化数学理论证明，重点培养学生的计算能力，根据不同专业特点对讲授内容的侧重点进行分类。

（3）加强数值软件教学。数值计算方法的求解相对较复杂，必须借助数学软件在计算机上实现，这就要求学生掌握数学软件的基本原理和操作步骤，结合石油专业的特点，对于较复杂的数学模型，必须采用编程实现，可以适当引导学生加强编程能力的培养。

（4）注重加强数值分析课程的教学团队建设。我校数学学院一直以来十分重视研究生数值分析的教学，根据石油专业的特点，专门配备了具有石油专业教育背景的高学历、高职称教师，目前拥有具有石油开发教育背景的博士两名，具有钻井教育背景的博士副教授两名，具有物探教育背景的副教授一名，具有地质教育背景博士一名，年轻富有活力，并且定期组织教学方法和教材内容探讨，主要是针对案例式教学改革。

（5）教学检查和质量评估。定期组织学生对教学效果进行评价，结合学生的反馈意见，组织教学团队进行研讨，并提出改进意见，为进一步提高数值分析教学质量打下良好的基础。

4 结语

本文结合石油专业课程“试井分析”课程的专业背景，应用于数值分析课程案例式教学改革的尝试，改变单一课程授课模式，加强学科之间的交叉与渗透，使得枯燥乏味的理论知识可以很好的与实际结合，不仅激发了学生的学习兴趣，而且大大提高了学生学习的效率，对于学生构建较好的知识结构提供了一个更好的思路，实现了数值分析的教学从传统模式向专业性人才培养的现代化教学模式的过渡，建立更加科学、符合实际、有利于石油类高质量人才培养的多元课程体系。

基金项目：湖北高校省级教学研究项目：基于SPOC理念的高等数学教学模式探索与实践（2016275）

参考文献

[1] 陳忠，朱建伟.数值计算方法[M].石油工业出版社，2001.

[2] 刘能强.实用现代试井解释方法[M].石油工业出版社，2008.

[3] 鲍文娣.基于石油类专业特色的案例教学法探索[J].黑龙江高教研究，2016（7）：168-170.

[4] 乔田田，黄思凝，李维国. 论计算数学在石油类本科专业的教学与应用[J].黑龙江高教研究，2015（11）：169-171.

[5] 刘今子，邸伟娇，宋国亮，刘日成，李文赫.利用“油藏工程”案例实现“高等数学”教学改革[J].求知导刊，2015（20）：77.

[6] 刘今子，邸伟娇，宋国亮，孔令彬，刘日成.结合“渗流力学”实现“高等数学”案例式教学[J].科教文汇（上旬刊），2015（10）：50-51.

[7] 胡景宏.石油工程专业“数值分析”课程教学初探[J].中国地质教育，2012（3）：48-50.

[8] 杨东杰，王晓东.石油特色复合型应用数学人才培养的探索[J].思想教育研究，2009（S2）：21-22.

[9] 周生田，李维国.工科硕士研究生数值分析课程建设与教学改革[J].石油教育，2009（1）：57-59.