石油工程相关课程衔接关系分析及其应用

——以油层物理为例

赵凤兰 , 黄世军   

中国石油大学（北京）石油工程学院，北京，102200

[摘  要]：基于油层物理课程专业基础性强、基本概念和公式抽象繁杂、涉及学科领域多等特点，通过系统梳理油层物理先修课程中涉及的物理、化学、物理化学、数学以及石油地质等相关知识点，结合渗流力学、油藏工程以及数值模拟和提高采收率等后续专业课程对油层物理知识点的基础需求，进一步优化了油层物理课程的教学方式和重难点分析，形成的油层物理课程衔接关系分析结果可为该课程教学过程中的学时分配和重难点教学方法提供重要的参考依据，进一步激发学生学习兴趣，提升课程的教学效果，夯实学生的专业基础，进而实现石油工程专业的教育培养目标；并可用于油层物理及相关课程教学大纲的优化，同时可为石油工程专业国家一流专业的建设和本-博一体化培养方案的优化提供参考。

[关键词]：油层物理；先修课程；专业课程；课程衔接关系

[资助项目]：【2020-2022年】中国石油大学（北京）本科教育教学改革项目“基于OBE的石油工程专业一流专业建设”【编号：无】。

[作者简介]： 赵凤兰（1973-），女，山东商河人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院副研究员，主要从事油田化学与提高采收率相关的教学与科研工作；黄世军，（1974-），男，河南新郑人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院教授，主要从事渗流力学和油气田开发相关的教学与科研工作。

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A    

课程衔接是课程设置、专业改革和课程建设的重点内容和重要依据，基础课、专业基础课、专业课的良好衔接，有利于提升学生学习理论知识的效果和掌握实践技能的效率^[1,2]。大多情况下教学大纲的制定由相应的课程负责人完成，而教学内容的选择特别是重难点内容讲解基本由主讲教师掌控，因此尺度的把握不尽统一，且与知识点关联性强的相关课程主讲教师交流沟通较少，导致某些知识点的衔接不够理想，一定程度上影响了学生的学习兴趣和效率以及主讲教师的教学进度和计划^[3,4]。

油层物理课程是石油工程专业必修的专业基础课，具有重要的承上启下的作用，且交叉性强，且课程中首次接触的基本概念多而抽象；加之油层物理课程课时与其内容量和重要性匹配性不够，使得课程学习难度增加，降低了学生的学习兴趣和效率，从而影响了后续课程的教学效果和进度^[5-7]。在目前本-博一体化的大背景条件下，培养计划的制定和课程内容的设置对课程衔接提出了新的要求。因此，为了更好地达到石油工程专业的培养目标，进一步提高学生的专业知识素养和水平，以油层物理课程为例，进行相关的课程衔接关系的系统梳理和分析是非常重要和必要的^[8,9]。

一、油层物理课程特点分析

1、石油工程专业基础课，具有重要的承上启下作用

油层物理课程是石油工程专业大学二年级开设的专业基础课程，教学内容涉及如油气等流体的高压物性、储层岩石和多孔介质的物理特性以及油气水等多相流体的渗流机理等，均为石油工程相关研究和应用的重要理论基础。重要知识点会用到先修课程如大学物理、大学化学、高等数学、石油地质学等基础课程中很多的概念和理论等方面的知识点，同时课程中的重要概念和理论的掌握程度对于后续的专业和专业基础课程如流体力学、渗流力学、油藏工程、油藏数值模拟、提高原油采收率等课程的学习至关重要；如天然气的高压物性及油气相平衡以及储层岩石中的界面现象和润湿性等均与物理化学中气体状态方程以及界面分子吸附等相关知识直接关联；而课程中的达西定律、相对渗透率曲线等重要知识点则直接作为渗流力学、油藏工程和提高原油采收率等课程的前提和基础，因此其重要性不言而喻。

2、课程实践性强，重要的理论需要实验操作，对学生动手能力要求高

油层物理是建立在实验基础上、理论与实践并重的课程，进行实验有助于更直观、更牢固地掌握相关的理论知识；目前大部分院校仍然存在实验设备台套数不多、实验设备老化、实验场地有限等问题，学生实验课前预习不足，实际实验分组人数多而分工不明确以及相关人员思想认识上重视不足，特别是目前学生的实际动手能力欠缺，使得实验深化课程理论认识的作用没有得到充分发挥。

3、课程中涉及的重要参数作为油田开发的基础数据广泛应用于全过程，实用性强

油层物理中的特有的重要参数和概念以及计算公式和方法等，均在油气田开发的整个过程中应用，如油气体积系数、孔隙度、饱和度等均为油气藏储量计算的基础数据，渗透率、相对渗透率、泡点压力等则直接用于油田不同阶段的产量预测和评估等，而课程涉及的主要分析方法如PVT实验、毛管压力和相对渗透率曲线确定方法等均是油气田开发评估的基础实验方法，因此对于石油工程专业毕业生的油田现场工作指导意义非常重大。

二、油层物理课程重难点分析及课程衔接中存在的主要问题

油层物理的课程教学目标是使学生通过课程的系统学习掌握油气藏开发工程所涉及的岩石和流体的物理化学现象、物理过程以及物理量之间的关系，，为学习后续课程和相关课程打下基础。主要教学内容包括三部分，分别是油气藏流体（油、气、水）的物理化学性质（包括储层流体高压物理、相态和气液相平衡等）、油气藏储层岩石的物理性质（包括孔隙度、渗透率、饱和度和压缩性等）以及多孔介质中的多相渗流的机理及其在石油工程中的作用（包括界面现象、润湿性、毛管力、相对渗透率等），在此基础上了解和分析本学科领域的研究和应用现状及发展趋势。

油层物理课程的重点内容是讲授基本理论、基本知识、基本概念和基本技能，使学生重点掌握基本物理参数的概念、物理现象和过程的影响因素和工程应用以及物理参数的测定原理和方法等。课程作为专业基础课，具有重要的承上启下的作用，因此对于课程中的重点内容，特别是基本理论，是物理、化学、力学等方面的基本知识和理论的延伸和扩展，如油气藏烃类的相态特征和气-液相平衡的相关理论和方法， 是大学化学和物理化学的相关知识点在石油工程中的应用。

课程突出的难点是理论知识点多，概念抽象，公式繁杂，参数和符号等非常多且易混淆。对于石油工程专业的学生而言，油层物理课是他们学习的第一门真正意义的石油工程专业基础课程，由于首次接触，因此会感觉基本概念非常多且关联性小，且比较抽象，如油气水的地层体积系数/收缩系数/收缩率、压缩系数、溶解度和溶解系数、溶解气油比以及岩石比面、孔隙度、孔隙结构、渗透率、流体饱和度等等；同时对应大量的参数和符号，除了常用的p、T和V外，如B_o、B_g、C_o、C_g、S_wi、S_g、S_o、K、Φ、σ、μ、θ等，理解和记忆非常困难，且容易混淆。

课程学习中存在的主要问题是学生对基础知识的理解不够深刻，因此记忆不牢固，不能举一反三，灵活应用，从而造成基础课程和专业基础课程以及专业课程乃至工程实际应用的脱节。另外，对课程内容的接替性与应用性重视不够，使得部分知识点衔接不好，造成多门课程甚至核心课程存在一定量的重复内容，造成对教学资源与教学时间不必要的浪费，更为重要的是增加了学生负担，降低学生学习兴趣和效率。

基于油层物理课程的“基础性、重要性、实操性”而学时有限（总48学时，包含实验课10学时，实际理论课38学时），因此需要优化教学内容和方法，加强课程衔接等理论研究和分析，以保证教学效果。

三、基于衔接关系分析的课程教学对策及应用

（1）与基础课程的衔接有助理解和应用

需要因地制宜引导学生利用之前学到的数学、物理、化学等基础知识，结合油藏流体的特点进行引申和类比，这样一方面可让学生感觉到熟练掌握基础课程知识点的重要性，降低课程知识点的学习难度，另一方面可以针对性地提高自主分析和应用提升能力，从而增强学生的自信心和成就感，学以致用，有助于提高专业认可度。

在实际教学过程中，通过将对应的专业概念用到的基础知识点在课件中明显位置详细标出，包括教材对应章节和页码，便于学生回忆和对应，从而提高应用能力，而在讲解过程中突出二者的区别和联系，从而加深理解和认识；如第三章中油气藏烃类的相态和气液平衡中的油气藏烃类的相态特征部分，则明确给出其基础是《现代化学基础》第七章多相平衡，并从一般物质的规律应用到油气藏的特定条件下；再比如第八章储层岩石中的界面现象中的界面张力和界面吸附部分，则对应《现代化学基础》第十三章界面现象和胶体分散系统。一方面使学生更容易理解和接受对应的知识点，也可适当节约重复讲解的时间，提高教学效率^[10]。

（2）与后续专业课程的衔接有助突出重点和激发兴趣

油层物理的重要概念均将直接应用于后续的渗流力学、油藏工程、油藏数值模拟、提高采收率基础等课程学习中，因此务必让学生对相应的概念和知识点从原理上完全理解到位，做到融会贯通，而避免单纯的机械记忆而理解不深刻不牢固。

在实际教学过程中则着重加大此部分重点内容的讲解和练习，如孔隙度、渗透率和饱和度等概念以及重要的达西公式和相对渗透率曲线等内容，在课时分配时进行侧重，并特别强调该内容的应用形式举例，如从驱油效率、波及效率和采收率等概念，扩展介绍提高采收率的主要方法和技术原理，从而引申到后续专业课程《提高石油采收率基础》，让学生对专业和课程体系形成一个整体概念，增强对重点和难点知识的理解和应用能力^[11]。

（3）与石油工程专业英语的衔接有助克服记忆难点

如前所述，油层物理课程中的概念、参数和上下标，大多对应的是英语词汇的缩写，因此课程与专业英语学习之间存在较大的关联性；为了便于学生理解和记忆，特别是区分比较相近的参数，均在课件和讲解中突出强调参数相应的英文全称，从而做到举一反三；如油、气、水的饱和度S_w、S_g、S_o，参数S代表Saturation，下标w、g和o分别代表水相（water）、气相（gas）和油相（oil）；同样，对于泡点压力p_b和露点压力p_d以及临界压力p_c等，均明确列出其对应英文单词bubble-point pressure, dew-point pressure, critical pressure；对于更为复杂的参数S_wi、R_si，B_gi、S_or等双下标的情况，采用英语含义的initial、residual等状态词汇可使学生记忆更加深刻。通过循序渐进地渗透，帮助学生在学习石油工程专业英语课程以及实际专业学术文献阅读时会取得事半功倍的效果^[12]。

四、结束语

综上所述，以与油层物理具有内容衔接关系的先修及后续课程为切入点，可以有的放矢地优化油层物理的教学内容和教学方法，既可以优化授课时数而不失完整性和系统性，突出重点，化解难点，同时可以激发学生学习主动性，有效地缓解油层物理面临的“内容多、学时少”的困境，提高课程的教学质量及教学效果，助力实现石油工程专业的教育培养目标；在此基础上可进一步优化油层物理及相关课程教学大纲，为石油工程专业国家一流专业的建设和本-博一体化培养方案的优化提供参考。

[参考文献]

[1] 孙露. “课程衔接”定义的梳理与剖析. 教育导刊, 2019, 3: 53-57

[2] 张小华, 邬瑞光, 李维峰, 等. 从课程衔接入手优化中医药院校物理化学教学内容. 中医教育ECM, 2017, 36(1): 41-43

[3] 王军, 杨 超, 陈金陵，等. 以课程衔接为驱动的土力学教学改革研究. 中外企业家, 2017, 8: 125-126

[4] 韩占江. 植物生理学与相关课程的衔接关系研究. 高教学刊, 2020, 5: 87-90

[5] 杨胜来. 油层物理学. 北京: 石油工业出版社, 2004    页码：1-3

[6] 卞小强，孙博文. 油层物理教学现状分析与改革措施探讨.石油教育, 2016.1: 34-38

[7] 单秀华. “线上+线下”混合式教学在《油层物理》课程中的应用. 科技资讯，2020，14: 9-10

[8] 陈薇薇. 油层物理课程教学分析与探索. 广东职业技术教育与研究, 2015, 2: 42-43

[9] 秦积舜. 油层物理课教学效果考查方法的尝试. 石油教育，2001, 107(4): 97-98

[10] 胡忠鲠. 现代化学基础. 北京: 高等教育出版社, 2014    页码：410-425

[11] 岳湘安, 王尤富, 王克亮. 提高石油采收率基础. 北京: 石油工业出版社, 2007

[12] 陈铁龙, 孙艾茵. 石油工程专业英语. 北京: 石油工业出版社, 2006  页码：43-46

Analysis and application of connection relationship of petroleum engineering related courses—taking petrophysics for example

Zhao Fenglan, Huang Shijun

China University of Petroleum (Beijing),  School of Petroleum Engineering, Beijing, 102200

Abstract: Based on the characteristics of strong foundation, complex abstraction of basic concepts and formulas, and multiple subject fields, etc., the knowledge points of physics, chemistry, physical chemistry, mathematics and petroleum geology involved in the pre-course of petrophysics were systematically summarized. Combining seepage mechanics, reservoir engineering and numerical simulation and to improve oil recovery based on knowledge points of the follow-up professional courses on reservoir physical demand, further optimization of the petrophysics course teaching way and the difficult point analysis, formation of the reservoir physics course bridging relationship analysis results for the teaching hours distribution and difficult point in the process of teaching methods to provide important reference basis, to further stimulate students' interest in learning, improve the teaching effect of the course, and consolidate the professional foundation of students, so as to achieve the educational training goal of petroleum engineering major. It can also be used to optimize the teaching syllabus of reservoir physics and related courses, and provide reference for the construction of the national first-class major of petroleum engineering and the optimization of the integrated training program of the university and doctorate.

Key words: petrophysics; advance course,;  professional course; course connection relationship