基于虚实结合的综合录井实践教学探索
郭卫萍马建民靳纪军
［摘要］石油工业生产现场大多具备不可视、不可及、不可逆、高温、高压、高危等行业特点，造成实践教学与理论学习脱节，限制了实践创新型工程人才的培养。通过以油气生产中的录井实践教学为例，在分析现场实践教学存在问题的基础上，从实物装备、仿真装备、虚拟软件三个方面系统介绍了“虚实结合实践教学系统”的建设方法，并提出“M+S+V”实践教学新模式，使学生在校内获得亲临一线的切身感受，有效提升了学生的工程实践及综合创新能力。
［关键词］综合录井；实践教学；虚实结合
［基金项目］2020年度中国石油大学（华东）本科教改项目（SJ-202041）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）10-0089-04［收稿日期］2022-05-20
随着我国经济发展进入新常态，以实践创新为核心的国家发展需要对高等工科人才培养提出了更高的要求。教育部先后实施了卓越计划、专业认证、创新创业教育等人才培养工程，大力推进新工科背景下高校实践创新型工程人才的培养［1］。高层次石油工程人才对中国石油国际化发展战略具有重要意义，作为石油工业开发中的重要环节，录井作业技术是油气地质勘探与开发工作中的重要随钻监测技术，也是发现与评估油气藏最及时、最直接的手段，对相关专业创新型实践人才的培养显得尤为重要［2］。
鉴于大部分石油工业生产具备不可视、不可及、不可逆、高温、高压、高危等特点，面对实践教学与理论学习脱节现象，中国石油大学（华东）石油工业训练中心，作为“国家级虚拟仿真实验教学中心”和“国家级实验教学示范中心”，近年来致力于虚拟仿真技术在石油工业实践教学中的应用研究，依托仿真装备、虚拟现实及多媒体技术，融合多种互动硬件与数据库，对石油勘探开发工业生产工艺流程的各个真实环节进行仿真模拟，已取得良好的教学效果，并在国内外几十个油田的培训中心和石油类院校的工训中心得到广泛应用［3-5］。本文将以油气生产中的录井环节实践教学为例，阐述虚拟仿真技术在我校实践教学中的应用方法及实施效果。
一、现阶段录井实践教学存在的问题
录井作业是一种在油气钻井现场进行的、伴随整个钻井过程的监测作业。学生在录井实习实训过程中，需充分了解录井设备及工具的结构和工作原理，熟悉录井作业工艺流程，掌握数据采集、数据分析的基本方法。然而，现场实习实训往往受到生产任务、安全、成本等多方面因素制约，导致学生教学效果不佳［6］。具体表现在以下几个方面。
（一）作业现场布局认识不清
录井作业真实发生在钻井作业现场，而钻井作业现场往往受到生产任务及安全因素的制约，不允许师生开展大规模实习实训活动，学生只能在井场外围的安全区域远观作业现场，难以认清设备种类及布局情况。即便借助报废停运的钻井装备能够开展近距离学习，但仍然存在录井设备缺失、监测对象无数据等问题，不便于学生了解录井设备在现场的安装及使用方法。
（二）设备内部结构难以观察
录井作业设备即综合录井仪，主要包括仪器房、传感器系统、信号接口系统、气体分析系统、计算机系统及地质设备等。由于传感器、电气控制箱等绝大部分仪器设备均有金属外罩包裹，难以观察其内部结构，学生在现场实习过程中只能通过老师讲述，想象其内部结构，并抽象理解其工作原理，与理论课堂学习并无实质区别。
（三）工艺流程操作缺乏实战
受到生产任务制约，现场实习实训多以参观为主要学习形式，学生只能从老师或现场专家口中了解实际的工作内容及方法流程，而自主操作训练的机会并不多，真正参与生产工作的实践需求更加难以实现，无法达到理想的实践教学效果。此外，现场生产实习实训又面临着耗费资金大、外出时间长、组织协调困难、安全隐患多等问题，导致实践教学环节出现不同程度的缺失，与理论课堂学习存在脱节现象，难以满足新工科背景下高校实践创新型工程人才的培养需求。
二、虚实结合教学系统建设
（一）建设原则
在录井实训教学中，秉承“能实不虚、以虚助实、虚实结合”的基本原则，即：对录井仪器房、传感器、色谱仪、录井软件等易配置实物或已经具备实物装备的教学内容，主要采用实物教学；对石油钻机等无法获取实物的大型设备，主要采用等比例缩放仿真装备教学；对涉及流动介质、生产参数或操作方法等工艺教学模块，主要采用信号模拟器及虚拟软件教学。在整个教学过程中注重虚实互补，构建了一套集“实物装备+仿真装备+虚拟软件”于一体的虚实结合教学系统。
（二）基础设施
该教学系统包括室内、室外两部分，总占地面积约200m2，具体包括以下设施。
1.实物装备。EXPLORER-ZH-2综合录井仪（录井车）1台，内部布局如图1所示，主要包括仪器房、传感器系统、信号接口系统、气体分析系统、计算机系统五个部分，各類软硬件设备均按照生产现场标准配备齐全，