虚拟仿真技术在测井实验教学中的探索及应用
发布时间：2019-10-23
摘 要：本文针对真实物理模型测井实验教学的不足进行分析和研究，在教学中采用了虚实结合的方式，设计了一种基于虚拟仿真技术的测井教学实验系统，提出了可以采用真实物理模型实验与虚拟仿真实验相结合的物理教学方法。在实际的教学过程中，基于虚拟仿真技术的测井实验对真实物理模型实验进行了补充，方便学生更好的理解实验过程。
关键词：测井 实验教学 虚拟仿真
1 应用真实物理模型的测井实验中存在的问题和困难
在吉林大学勘查技术与工程专业中，钻井地球物理勘探是核心课程，其中测井实验是本课程的核心实验。测井实验的内容包括多种方法，比如:自然电位测井、普通电阻率测井、声波测井、自然伽马测井、侧向测井、感应测井等等。吉林大学测井实验室中只有部分实验设备：声波测井、自然伽马测井、感应测井和普通电阻率测井实验设备。现有的实验设备不足以满足所有的实验，条件比较艰苦，只能进行部分实验，在具体实验中发现存在以下问题。
1.1 实验设备数量比较少
如普通电阻率测井、声波测井和自然伽马测井实验设备，体积过于庞大、价格比较昂贵。为了节省时间，只能减少学生的实际操作，所以学生的动手能力得不到有效地锻炼。
1.2 实验设备功能单一
如感应测井实验设备，该实验的设备不是一般的通用设备，需要找专门的工作人员和厂家进行定制，且该设备不能完成多项实验项目，只能进行单一的感应测井实验。进行实验时，只有一台设备，且实验过程耗时较长，不能满足学生的需求。还有的是在一年中使用设备的次数不多，以至于实验项目虽开展了多年，但效果一直不太理想。
1.3 实验设备硬件更新率比较低
真实物理模型实验 设备，不仅要更新系统和升级软件，还要对一些硬件的组成进行维修和更换。但因为费用比较高且资金有限，所以一般来说只更新软件，这就会产生一种现象，设备采用的是20多年前的硬件系统，而软件和系统操作环境采用的是最新的，这导致了仪器兼容性很差，故障率极高。
1.4 实验教学内容固定
测井实验离不开地层模型，地层模型一般来说体积较大，需要大量的空间来进行存放。因此，每次实验只能做固定好的几种地层模型，但是真实的地层环境是千变万化的，两者产生很大的差异，使得实验效果达不到预期效果，降低了实验效果的质量。
以上这些问题对提高测井实验的教学水平产生了阻碍，降低了实际的教学效果。将虚拟仿真技术应用于实验教学之中，可以对真实物理模型实验的不足进行补充，能够解决传统测井实验教学中的众多问题。
2 虚拟仿真测井实验教学系统设计
针对当前存在的问题，基于虚拟仿真实验技术，设计了一套比较简便的基于虚拟仿真技术的测井实验教学系统。整个系统设计主要分为三部分：井场、地层等环境子系统，测井曲线显示与测量控制子系统，数值计算子系统。
2.1 井场、地层等环境子系统
在该子系统中，井场环境尽可能等比例缩小地还原真实井场，可直观生动地展示真实井场的原貌，。在实际测井中，地层介质的分布一般是与井轴相切的垂向分布，地层介质以井轴为中心对称分布。根据这一特点，在设计地层模型的过程中，模拟了三套不同厚度、不同电阻率的二维地层。这三套二维地层模型都是比较简单、直观的地层模型，具有代表性，适合教学实验。
2.2 测井曲线显示与测量控制子系统
在设计该子系统时，因为在实验中实验者是通过界面与虚拟实验的设备来进行沟通，所以为提供给实验者更好的实验体验，需要构建一个易于操作且布局清晰的界面(见图1)。在界面中学生可以选择不同的地层剖面，有三种不同的选择：火成岩剖面、砂泥岩剖面和生产井剖面。其中，每一种剖面下，都有多种测井方法可供选择，学生可以自行设置地下仪器(探管)类型。实验完全模拟真实测井情况，测得的数据曲线栏中以曲线的形式进行展示，在测量过程中可以按暂停，以便教师实时讲解。若进行下一次测量，只需要点击“复位”键，重复上述操作即可。
2.3 数值计算子系统
该子系统是整个实验教学系统的核心，决定了实验的真实性与科学性。系统的地层环境是通过正演计算得到的具有代表性的地层，不同的地层参数与不同的测量方法之间，都对应着不同的计算方法，确保不同测井方法测得的数据与地层模型相对应，实时地显示测井曲线进入不同地层的变化。该子系统使得整个实验教学系统在确保其科学严谨性的同时，还突出其教学性，确保整个实验教学系统可以走进课堂，切实的服务于教学和科研。
3 虚拟仿真技术在测井实验教学应用中的意义
应用虚拟仿真技术的实验教学方法，可以弥补物理实验模型和设备台数不足的缺陷，由计算机虚拟地下条件变化，通过数值模拟和人机交互操作来获取地下信息，使学生对看不见、摸不着的资源赋存状态及其地球物理响应产生直观认识，增加实验效果和教学质量。虚拟仿真实验软件在设计好后，只需在计算机上进行安装调试，不需要昂贵的费用，而且实验软件可以重复使用，不需要担心仪器的损耗和耗材的使用。实验需要更新时，只需对软件进行升级，而不是传统的替换仪器，节约大量成本。虚拟仿真实验教学平台可以把所有的实验集合为一体，让学生能够对整个学科有一个更清晰的认识。虚拟仿真实验还可以提高学生的实验效率，传统模式的测井实验需要耗费大量的时间来组装调整仪器、更换探管和地层模型，而在虚拟仿真实验中，这些操作可以在界面上进行设置，操作简便，节省时间，并且可以多人同时操作。虚拟仿真实验突破了时间与空间的局限性，提高学生的实践能力和工程素质。
虚拟仿真技术在测井实验教学中的探索及应用相关论文推荐：基于新工科理念的测绘类专业应用虚拟仿真技术的研究
摘 要：本文在新工科理念和新工科专业的背景下对于测绘类专业建设的相关问题进行探讨。虚拟仿真技术是一种新兴的技术，将其应用在测绘类专业的教学中体现了利用新技术对于传统工科专业进行升级的理念。本文在分析了测绘类专业应用虚拟仿真技术的优势和必要性之后，对于虚拟仿真技术在测绘类专业教学中的应用进行了探讨。
4 结语
采用虚实结合的实验教学方法，突破了传统测井实验教学的局限性，提高了教学的质量，取得了更加完美的实验效果。该实验系统体现出简明易懂，形象生动的特征，并且将抽象的理论知识化为可见的演示过程。考虑到未来业务的发展，系统在设计时对个别模块进行单独开发，在整体上考虑对实验项目之后升级、移植等功能的便捷开发，以此保证项目之后具有一定的延展性。同时，虚拟仿真测井实验中中也存在一些问题，其测得的曲线太过理想，不足以体现实际测井的复杂性，以后工作中会不断完善实验内容和形式。虚拟仿真实验是高校信息化建设的重要组成部分 可以更好地整合实验资源 建设与传统教学相配套的数字化教育资源体系，该系统作为虚拟仿真技术在测井实验教学中的一个应用实例，说明虚拟仿真技术在教学实践中具有显著优势。
参考文献
[1] 刘财,杜晓娟,高淑贞,等.地质资源立体探测虚拟仿真实验教学中心建设的探索与实践[J].实验技术与管理,2014,31(10):1-4,9.
[2] 胡少兵,张超谟,刘海兵.基于虚拟仿真技术的电法测井实验教学探索与实践[J].石油教育,2017(1):74-77.
