石油工程课程设计的研究与实践

2023-02-05

为了加强实践教学环节, 在石油工程专业教学计划中设置了“石油工程课程设计”课程, 旨在通过该课程的学习和训练, 使学生掌握石油工程领域中常规工程设计的基本内容和方法, 通过让学生根据地质及工艺技术条件、生产情况等, 综合运用所学专业知识, 进行钻井工程设计、抽油井系统工程设计及油田开发设计, 培养学生理论联系实际的思维方法, 分析问题、解决问题的能力。

石油工程课程设计, 是一个专业综合性训练项目。该项目是将计算机技术与专业训练相结合, 充分地利用大量的现场实际资料, 在教学学时有限的情况下能够完成专业知识的系统训练。

通过石油工程课程设计, 能够使学生熟练掌握工程设计的基本方法, 提高学生综合运用专业基础知识和现场实际资料, 独立地解决现场实际问题的能力;还能够使学生进一步适应未来石油工业发展的需要, 缩短厂校差距, 为学生将来走向工程技术岗位打下坚实的专业基础。

1 课程设计主要内容

石油工程专业覆盖了油藏工程、采油工程、钻井工程三个方面的专业内容, 涉及的知识面较广, 把这些内容都设置成专题是不现实的。这既要考虑到专业知识之间的相互联系与整体的系统性, 又要考虑到专题任务量的合理性, 以适应有限教学学时的要求。同时, 还要充分考虑到所选择的专题, 在内容上具有代表性以及与现场实际联系的紧密性。基于以上考虑, 现设置了三个专题:“钻井工程设计专题”、“抽油井系统设计专题”和“油田开发设计专题”。

1.1 钻井工程设计内容

设计内容包括: (1) 钻井设备选择; (2) 井身结构设计, 包括套管的下入深度和尺寸; (3) 钻具组合设计, 包括钻铤与钻杆尺寸及扶正器等设计; (4) 钻井液设计, 包括钻井液的密度、粘度等设计; (5) 钻井参数设计, 包括最优水力参数及流变参数设计; (6) 井控设计, 包括井控的方法及相关计算; (7) 固井设计, 主要是套管强度的设计。

需要的理论知识:石油工程;地质力学与岩石力学;流体力学及流变学;固体力学及材料力学;计算机程序设计语言等。

1.2 抽油井系统设计内容

设计内容包括: (1) 计算出油井温度分布; (2) 通过回归分析确定出原油粘温关系表达式; (3) 确定出该井的合理下泵深度; (4) 确定合适的冲程、冲次; (5) 选择合适的抽悬点的最大和最小载荷; (8) 选择合适的抽油机、减速箱和电动机。

需要的理论知识:石油工程;热工学中的传热学计算;计算方法 (回归分析) ;计算机程序设计语言;流体力学中的多相垂直管流计算等。

1.3 油田开发设计

设计内容包括: (1) 计算流体渗流综合阻力; (2) 计算各井初始产量; (3) 计算各井排控制体积; (4) 计算各井见水时间; (5) 计算无水期采收率; (6) 给出油田见水后、含水率、产量随时间变化规律; (7) 计算各井关井时间 (含水达9 8%) ; (8) 计算油田最终采收率; (9) 给出油田产油、产水、产液、采出程度随时间变化规律。

需要的理论知识:油藏工程;渗流力学;油层物理;计算方法;计算机程序设计语言等。

2 研制了课程设计CAI软件

2.1 筛选了大量的现场数据资料

资料收集与筛选, 是利用现场资料解决现场实际问题以及将专业知识与现场实际相结合的前提。同时, 是实现学生自由地选择专题和基础数据、独立地完成课程设计的重要保障。为此, 收集了大量的第一手现场资料, 现为每一个专题筛选出300余口井的数据资料, 并可随时进行扩充。

2.2 研制了课程设计CAI软件

石油工程课程设计, 是一个专业综合性训练项目, 需要大量的现场实际资料, 资料信息种类繁多, 数据量很大, 人工管理很难完成数据资料的快速准确地提供和专题设计内容的自由选择。因此, 建立了课程设计参数管理数据库, 通过开发的软件进行管理, 不仅做到了准确无误, 而且大大地提高了管理效率。

为了检验学生计算结果正确与否, 开发了课程设计计算程序, 该程序可以直接调用课程设计题库管理软件所形成的每个学生的设计参数文件, 然后, 进行计算, 给出专题各设计步骤的结果。

课程设计范例、课程设计计算程序与课程设计数据库管理程序一起形成了“石油工程课程设计”C A I课件。

2.3 编写了石油工程课程设计教材

为了使学生在教师指导下独立地完成有关设计内容, 特编写了《石油工程课程设计》教材。教材的每一章即为一个设计专题, 每个专题都明确了设计的基本要求、提供的数据类型、涉及的基本理论、设计方法及步骤、要完成的设计内容, 充分发挥该教材的指导作用。

3 教学实施方法

该课程设计的在教师指导下独立完成, 实施方法主要是学生选取数据资料后, 在教师指下完成设计内容, 最后进行考核与交流。

3.1 学生选取数据资料

专题确定之后, 学生可以通过数据库及相应操作软件为每个专题在300口井中选择需要的1口井数据资料。数据资料的选择具有任意性和唯一性。即, 学生可在所提供的资料范围内进行任意选择;但是, 已被选择的数据资料将被隐含, 不可重复选用。这样, 即使学生选择了相同的专题, 但由于所使用的数据资料不同, 其设计结果也应不同。