刘 丽, 赵晓明, 冯庆付, 刘艳丽

(1.西南石油大学 地球科学与技术学院，成都 610500;2.中国石油勘探开发研究院，北京 100083;3.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000)

0 引 言

“大众创业，万众创新”的双创方针[1]，是稳增长保就业的重要基础，也是培育和催生经济社会发展新动力的有效途径[2-3]。这一理念的提出，既可以扩大就业，增加居民收入，又有利于促进社会纵向流动和公平正义，让人们在创造财富的过程中更好地实现精神追求和自身价值[4-6]。

当前，我国年均高校毕业生为700多万，且有逐年增长的态势[7-9]。据教育部统计，如此庞大的高校毕业生群体，大学生自主创业就业群体仅占3.8%，而欧美等发达国家，其大学生自主创业就业率为20%～30%[10-12]，差距明显。因而，一直将培养学生科学研究和实践创新能力作为主要方向的高校，更应在加强学生自主创业能力上深下功夫。

为此，本文以油田注水开发物理模拟实验装置的研发为例，开发出创新型实验，该实验基于工程教育背景，实验真实直观；注重理论联系实际，提高专业素养；综合多样系统设计，提高分析能力；自由配置系统资源，增强研发意识。另外,该实验还可展现工业背景，提高学习兴趣；综合设计实验，学生参与其中；专业知识融合，体会课程联系；创新实验内涵，增强了产品创新理念。对于实现培养出知识、能力和素质兼具的高等教育工程人才具有重要作用，增强了高校毕业生自主创业意识，并对最终提高就业率具有重要的实际意义和社会价值。

1 创新型实验装置研发及设计

油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量剩余油[13-15]。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，一般进行注水开发，获得较高的采收率，实现油田高产稳产[16-18]。

由于地下构造和储层物性的不同，对于注水开发的具体方式和注采设备等一系列参数的设定需要进行详细的分析和研究[19-20]。出于安全及成本因素，不能直接在开采的油田上进行试验，需要进行模拟实验来分析注水开发过程中地层的变化，从而进一步研究获得所需的数据。为了解决上述问题，研发了油田注水开发物理模拟实验装置。该装置由模拟注水部分、地质模型部分、计量监测部分和注采井4部分构成(见图1)；结构简单、体积较小、可操作性强，适用于实验室内注水开发模拟实验。通过高清摄像头全天24 h连续记录模拟地质体中的变化情况；能够直观地观察到油水分布变化，同时用量筒来统计测量采出的流体体积，用压力表来测量出各井口压力值；同时金属管可采用割缝管来模拟射孔井段，从而得到各种注采方式的特点，设计出最优的注采方式。

图1 油田注水开发物理模拟实验装置实物图

2 创新型实验优势及特点

基于该套模拟装置，建立了创新型实验，该实验基于工程教育背景，实验真实直观；注重理论联系实际，提高专业素养；综合多样系统设计，提高分析能力；自由配置系统资源，增强研发意识。

2.1 基于工程教育背景，实验真实直观

与普通教学仪器相比，有实际工程项目背景的教学仪器真实直观，更能提高学生学习兴趣，启发学生实验和研究的积极性和创造性。以油气田勘探开发的专业油田实践为设计背景，学生对实验装置的合理设计需要参与其中，对各个部分的整体组合进行合理的选择，确定相关参数的测量方法，让学生在实验的过程中巩固专业知识，又营造了实际工程环境。

以该装置的注采物理模拟部分(见图2)为例，框架既作为整体装置的支撑框架，又模拟油藏边界，作为后续制作地质体的自然边界；同时可见在装置的上、左和右端预留模拟井口，不同类型井型注水物理模拟提供多种选择。这种真实又直观的模拟装置与地下油藏相对应，使得学生更易于理解专业知识，增强实验兴趣，启发创新实践能力。

图2 注采物理模拟部分与油藏特征对比图

2.2 注重理论联系实际，提高专业素养

为了使油田注水开发物理模拟实验装置符合现代化油田勘探开发发展的趋势，实验装置注重理论联系实际。充分学习专业知识的基础上，学生有机会动手亲自制作相关地质体，直观了解地质体结构及特征。让同学们通过在该装置上进行实验，能够应用不同类型地质体，通过实践探索和分析复杂的注水开发结果和特征。

例如在制作曲流河点坝模拟地质物理模型(见图3)中，装置内充填曲流河点坝侧积夹层、侧积砂体和滞留层组成，其中，粗粒石英砂模拟点坝底部滞留层；中粒石英砂模拟侧积砂体；纯泥模拟点坝内部侧积夹层(泥质夹层)。学生在装置内动手制作出微缩版曲流河点坝，对于构型单元的物性、分布和角度组合特征都有深入直观认识，潜移默化中提高专业素养。

图3 曲流河点坝地质物理模拟装置图

2.3 综合多样系统设计，提高分析能力

该实验装置提供的丰富实验模块，可为学生开展基本原理的传统类实验、典型验证性实验、自主设计型实验、综合研究型实验等不同种类、不同层次的实验。综合多样的系统设计，最终需要学生综合分析不同类型模拟的结果，并进行对比研究，分析数据的特征，总结优势和差异，通过查阅文献、独立思考的方式，真正做到能力开放，锻炼了分析问题的能力。

例如在直井注水-直井采油和直井注水-水平井采油物理模型的水驱油综合曲线对比(见图4)中，前者含水率到达90%的时间约为7 h，中等含水期与高含水期较长，含水率98%时，采收率为27%；而后者，实验23 h含水率98%时，采收率不再提高，为34%，水驱油过程稳定，产油率较高。因此，直井注水-水平井采油更适合曲流河点坝油藏的注水开发。

(a)直井注水-直井采油

(b)直井注水-水平井采油水

2.4 自由配置系统资源，增强研发意识

该装置可以让学生根据给定的实验任务，自主设计实验步骤，优化操作的条件。其中，注水井和采油井共有9个井位可供选择，可选择使用直井、斜井或者水平井；采用了螺栓控制井口，方便学生拆卸和更换不同类型的井型，了解不同类型井型的工作及结果提供了方便；模拟装置内的地质体，由学生动手制作，增强了学生的研发意识。

例如在不同类型注采井型的选择中，可采用直井、斜井和水平井等方式和类型(见图5)。可匹配出直井注水-直井采油、直井注水-水平井采油、直井注水-斜井采油等多种组合方式，对不同的组合方式采收率进行评价，得出不同注采方式的优势和缺点，探寻剩余油分布区域，为油田勘探开发提供依据。在实验中，学生提高了对油田注水开发的原理、过程及结果认识，增强了他们自主研发产品的意识，并形成实际的工业产品制造理念。

图5 直井、斜井和水平井模拟装置图

3 创新型实验应用及成效

通过该系列创新型实验的应用，取得了一系列成效。实验可展现工业背景，提高了学生的学习兴趣；综合设计实验，学生可参与其中；专业知识融合，学生课可在实验中体会课程之间的联系；创新实验内涵，增强了学生构架产品创新的理念。

3.1 展现工业背景，学生学习兴趣高

该实验装置以实际的油田勘探注水开发为设计背景，结构设计方面不仅追求外形简洁美观，而且实验方式更加类似于实际的工程环境。学生们表现出了极大的学习热情，做实验前主动查阅实验指导书和相关参考文献，了解清楚实验的相关知识点和在相关工业中实际的应用，大胆动手，勇于实践，创造出符合专业特点和实际应用的物理模型。

在这种模拟真实工程环境的实验中，学生的学习兴趣相当浓厚，不仅会积极主动地调动自己所学的知识库，并会在某些实验的过程中，查找相关的专业书籍，拓展自己的知识面，提高分析解决问题的能力。这样的实验训练，能够让学生在实验的过程中形成工业产品设计的理念，为其日后的工作打下坚实基础。

3.2 综合设计实验，学生可参与其中

该实验装置只给出了产品的框架部分，并没有给出具体的地质体，也没有给出设计好的井位。学生可参与其中，分析地质体内部复杂特征，思考选择哪些实验材料，才能动手制作出与地下尽量相似的地质体；考量实际工作中，如何对井位的类型、位置和方向等进行选择，了解油田注采方式、组合和关系，更合理选定并最终确定地质模拟测量方案。

实验过程中，避免了学生只能按照实验指导书的步骤进行实验，简单地记录实验结果，无法进一步深入了解和掌握已经学习的知识的弊病。学生在老师的指导下，自主完成实验系统的资源配置，做出复合油田勘探开发实际的实验方案，并最终得出有意义的结果，这相当于学生真实地参与了油田的实际生产工作，同时是一次产品设计的有益尝试。

3.3 专业知识融合，学生体会课程之间联系

一般来说，沉积岩石学、油气田开发地质学和石油工程等各门课程，是相互独立的体系，虽然老师也会向学生介绍各门课程间的联系，但学生缺乏实践体验，也缺少知识综合起来运用的机会。而本实验装置则给学生提供了这样的机会，将直井、斜井和水平井等不同类型井的概念及意义，不同注采方式曲线分析等结合起来，知识横向交叉，丰富了实践经验。

这样的综合性实验课程，可以巩固同学们所学的各门专业课程，并对所学各门课程的知识进行综合运用。认识到各门专业课之间的联系，体会到自己所学的各科专业知识并非孤立的，而是一个有机的知识系统。这样的实验可以让学生切身体会到在产品的设计过程中对综合知识的需要，可以有效地引导学生对所学的知识进行综合并加以应用。

3.4 创新实验内涵，学生架构产品创新理念

学生在油田注水开发物理模拟实验装置实验中，可以了解系统中每一个元器件的原理和功能，各部分之间的联系。体会到最终的测量结果的取决于各部分的参数控制，保证每一个测试环节都稳定可靠地运行和测量精度，才能保证测量结果的正确性。

做这样的综合性实验，学生们可以深刻的体会到实验环节，或者说是油田的实际勘探开发环节，每一个部分的成败都很关键，要保障注水开发产油顺利进行，需要各部门各环节的共同努力，如果有一个部分或者环节出现问题，都会导致无法完成工作。而克服这一切困难的过程，对于学生未来架构产品创新概念，并有可能最终实现自主创新创业起到重要作用。

4 结 语

积极鼓励学生参加创新型实验项目，是引导学生自主创新创业的基础。这些实验项目选题应具有创新性、现实性、实践性和可行性原则，能反映相关学科的研究热点，内容新颖，具有挑战性和前景价值，有利于开拓学生的视野，了解学科发展的前沿，接触国内外新技术、新材料、新工艺、新方法，培养学生的创新意识和良好的科学素养，形成产品设计和自主研发的理念。

大量有意义的创新型实验项目的开发，需要高校教师的研发热情。这些实验大多超越了实验室原有设备设施，要求和水平又高于现有的教学实验项目，需要在教学和科研活动中提炼出来，并经过实验试做，证明在实验过程训练中对于学生的创新实践能力培养有很好的效果。这需要高校管理者采取积极的举措，充分调动高校教师的积极性，丰富创新型实验，提高实验质量，并最终使广大学生受益。