發布時間：2019-11-28所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：本文針對真實物理模型測井實驗教學的不足進行分析和研究，在教學中采用了虛實結合的方式，設計了一種基于虛擬仿真技術的測井教學實驗系統，提出了可以采用真實物理模型實驗與虛擬仿真實驗相結合的物理教學方法。在實際的教學過程中，基于虛擬仿真技術
摘 要：本文針對真實物理模型測井實驗教學的不足進行分析和研究，在教學中采用了虛實結合的方式，設計了一種基于虛擬仿真技術的測井教學實驗系統，提出了可以采用真實物理模型實驗與虛擬仿真實驗相結合的物理教學方法。在實際的教學過程中，基于虛擬仿真技術的測井實驗對真實物理模型實驗進行了補充，方便學生更好的理解實驗過程。
關鍵詞：測井 實驗教學 虛擬仿真
1 應用真實物理模型的測井實驗中存在的問題和困難
在吉林大學勘查技術與工程專業中，鉆井地球物理勘探是核心課程，其中測井實驗是本課程的核心實驗。測井實驗的內容包括多種方法，比如:自然電位測井、普通電阻率測井、聲波測井、自然伽馬測井、側向測井、感應測井等等。吉林大學測井實驗室中只有部分實驗設備：聲波測井、自然伽馬測井、感應測井和普通電阻率測井實驗設備。現有的實驗設備不足以滿足所有的實驗，條件比較艱苦，只能進行部分實驗，在具體實驗中發現存在以下問題。
1.1 實驗設備數量比較少
如普通電阻率測井、聲波測井和自然伽馬測井實驗設備，體積過于龐大、價格比較昂貴。為了節省時間，只能減少學生的實際操作，所以學生的動手能力得不到有效地鍛煉。
1.2 實驗設備功能單一
如感應測井實驗設備，該實驗的設備不是一般的通用設備，需要找專門的工作人員和廠家進行定制，且該設備不能完成多項實驗項目，只能進行單一的感應測井實驗。進行實驗時，只有一臺設備，且實驗過程耗時較長，不能滿足學生的需求。還有的是在一年中使用設備的次數不多，以至于實驗項目雖開展了多年，但效果一直不太理想。
1.3 實驗設備硬件更新率比較低
真實物理模型實驗 設備，不僅要更新系統和升級軟件，還要對一些硬件的組成進行維修和更換。但因為費用比較高且資金有限，所以一般來說只更新軟件，這就會產生一種現象，設備采用的是20多年前的硬件系統，而軟件和系統操作環境采用的是最新的，這導致了儀器兼容性很差，故障率極高。
1.4 實驗教學內容固定
測井實驗離不開地層模型，地層模型一般來說體積較大，需要大量的空間來進行存放。因此，每次實驗只能做固定好的幾種地層模型，但是真實的地層環境是千變萬化的，兩者產生很大的差異，使得實驗效果達不到預期效果，降低了實驗效果的質量。以上這些問題對提高測井實驗的教學水平產生了阻礙，降低了實際的教學效果。將虛擬仿真技術應用于實驗教學之中，可以對真實物理模型實驗的不足進行補充，能夠解決傳統測井實驗教學中的眾多問題。
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2 虛擬仿真測井實驗教學系統設計
針對當前存在的問題，基于虛擬仿真實驗技術，設計了一套比較簡便的基于虛擬仿真技術的測井實驗教學系統。整個系統設計主要分為三部分：井場、地層等環境子系統，測井曲線顯示與測量控制子系統，數值計算子系統。
2.1 井場、地層等環境子系統
在該子系統中，井場環境盡可能等比例縮小地還原真實井場，可直觀生動地展示真實井場的原貌，。在實際測井中，地層介質的分布一般是與井軸相切的垂向分布，地層介質以井軸為中心對稱分布。根據這一特點，在設計地層模型的過程中，模擬了三套不同厚度、不同電阻率的二維地層。這三套二維地層模型都是比較簡單、直觀的地層模型，具有代表性，適合教學實驗。
2.2 測井曲線顯示與測量控制子系統
在設計該子系統時，因為在實驗中實驗者是通過界面與虛擬實驗的設備來進行溝通，所以為提供給實驗者更好的實驗體驗，需要構建一個易于操作且布局清晰的界面(見圖1)。在界面中學生可以選擇不同的地層剖面，有三種不同的選擇：火成巖剖面、砂泥巖剖面和生產井剖面。其中，每一種剖面下，都有多種測井方法可供選擇，學生可以自行設置地下儀器(探管)類型。實驗完全模擬真實測井情況，測得的數據曲線欄中以曲線的形式進行展示，在測量過程中可以按暫停，以便教師實時講解。若進行下一次測量，只需要點擊“復位”鍵，重復上述操作即可。
2.3 數值計算子系統該子系統
是整個實驗教學系統的核心，決定了實驗的真實性與科學性。系統的地層環境是通過正演計算得到的具有代表性的地層，不同的地層參數與不同的測量方法之間，都對應著不同的計算方法，確保不同測井方法測得的數據與地層模型相對應，實時地顯示測井曲線進入不同地層的變化。該子系統使得整個實驗教學系統在確保其科學嚴謹性的同時，還突出其教學性，確保整個實驗教學系統可以走進課堂，切實的服務于教學和科研。
3 虛擬仿真技術在測井實驗教學應用中的意義
應用虛擬仿真技術的實驗教學方法，可以彌補物理實驗模型和設備臺數不足的缺陷，由計算機虛擬地下條件變化，通過數值模擬和人機交互操作來獲取地下信息，使學生對看不見、摸不著的資源賦存狀態及其地球物理響應產生直觀認識，增加實驗效果和教學質量。虛擬仿真實驗軟件在設計好后，只需在計算機上進行安裝調試，不需要昂貴的費用，而且實驗軟件可以重復使用，不需要擔心儀器的損耗和耗材的使用。實驗需要更新時，只需對軟件進行升級，而不是傳統的替換儀器，節約大量成本。虛擬仿真實驗教學平臺可以把所有的實驗集合為一體，讓學生能夠對整個學科有一個更清晰的認識。虛擬仿真實驗還可以提高學生的實驗效率，傳統模式的測井實驗需要耗費大量的時間來組裝調整儀器、更換探管和地層模型，而在虛擬仿真實驗中，這些操作可以在界面上進行設置，操作簡便，節省時間，并且可以多人同時操作。虛擬仿真實驗突破了時間與空間的局限性，提高學生的實踐能力和工程素質。
4 結語
采用虛實結合的實驗教學方法，突破了傳統測井實驗教學的局限性，提高了教學的質量，取得了更加完美的實驗效果。該實驗系統體現出簡明易懂，形象生動的特征，并且將抽象的理論知識化為可見的演示過程。考慮到未來業務的發展，系統在設計時對個別模塊進行單獨開發，在整體上考慮對實驗項目之后升級、移植等功能的便捷開發，以此保證項目之后具有一定的延展性。同時，虛擬仿真測井實驗中中也存在一些問題，其測得的曲線太過理想，不足以體現實際測井的復雜性，以后工作中會不斷完善實驗內容和形式。虛擬仿真實驗是高校信息化建設的重要組成部分 可以更好地整合實驗資源 建設與傳統教學相配套的數字化教育資源體系，該系統作為虛擬仿真技術在測井實驗教學中的一個應用實例，說明虛擬仿真技術在教學實踐中具有顯著優勢。
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