發(fā)布時(shí)間:2019-11-28所屬分類:科技論文瀏覽:1208次
摘 要: 摘 要:本文針對(duì)真實(shí)物理模型測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足進(jìn)行分析和研究,在教學(xué)中采用了虛實(shí)結(jié)合的方式,設(shè)計(jì)了一種基于虛擬仿真技術(shù)的測(cè)井教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),提出了可以采用真實(shí)物理模型實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的物理教學(xué)方法。在實(shí)際的教學(xué)過程中,基于虛擬仿真技術(shù)
摘 要:本文針對(duì)真實(shí)物理模型測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足進(jìn)行分析和研究,在教學(xué)中采用了虛實(shí)結(jié)合的方式,設(shè)計(jì)了一種基于虛擬仿真技術(shù)的測(cè)井教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),提出了可以采用真實(shí)物理模型實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的物理教學(xué)方法。在實(shí)際的教學(xué)過程中,基于虛擬仿真技術(shù)的測(cè)井實(shí)驗(yàn)對(duì)真實(shí)物理模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了補(bǔ)充,方便學(xué)生更好的理解實(shí)驗(yàn)過程。
關(guān)鍵詞:測(cè)井 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 虛擬仿真
1 應(yīng)用真實(shí)物理模型的測(cè)井實(shí)驗(yàn)中存在的問題和困難
在吉林大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)中,鉆井地球物理勘探是核心課程,其中測(cè)井實(shí)驗(yàn)是本課程的核心實(shí)驗(yàn)。測(cè)井實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括多種方法,比如:自然電位測(cè)井、普通電阻率測(cè)井、聲波測(cè)井、自然伽馬測(cè)井、側(cè)向測(cè)井、感應(yīng)測(cè)井等等。吉林大學(xué)測(cè)井實(shí)驗(yàn)室中只有部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備:聲波測(cè)井、自然伽馬測(cè)井、感應(yīng)測(cè)井和普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)設(shè)備�,F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足以滿足所有的實(shí)驗(yàn),條件比較艱苦,只能進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn),在具體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)存在以下問題。
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量比較少
如普通電阻率測(cè)井、聲波測(cè)井和自然伽馬測(cè)井實(shí)驗(yàn)設(shè)備,體積過于龐大、價(jià)格比較昂貴。為了節(jié)省時(shí)間,只能減少學(xué)生的實(shí)際操作,所以學(xué)生的動(dòng)手能力得不到有效地鍛煉。
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能單一
如感應(yīng)測(cè)井實(shí)驗(yàn)設(shè)備,該實(shí)驗(yàn)的設(shè)備不是一般的通用設(shè)備,需要找專門的工作人員和廠家進(jìn)行定制,且該設(shè)備不能完成多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,只能進(jìn)行單一的感應(yīng)測(cè)井實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),只有一臺(tái)設(shè)備,且實(shí)驗(yàn)過程耗時(shí)較長,不能滿足學(xué)生的需求。還有的是在一年中使用設(shè)備的次數(shù)不多,以至于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目雖開展了多年,但效果一直不太理想。
1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件更新率比較低
真實(shí)物理模型實(shí)驗(yàn) 設(shè)備,不僅要更新系統(tǒng)和升級(jí)軟件,還要對(duì)一些硬件的組成進(jìn)行維修和更換。但因?yàn)橘M(fèi)用比較高且資金有限,所以一般來說只更新軟件,這就會(huì)產(chǎn)生一種現(xiàn)象,設(shè)備采用的是20多年前的硬件系統(tǒng),而軟件和系統(tǒng)操作環(huán)境采用的是最新的,這導(dǎo)致了儀器兼容性很差,故障率極高。
1.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容固定
測(cè)井實(shí)驗(yàn)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(jìn)行存放。因此,每次實(shí)驗(yàn)只能做固定好的幾種地層模型,但是真實(shí)的地層環(huán)境是千變?nèi)f化的,兩者產(chǎn)生很大的差異,使得實(shí)驗(yàn)效果達(dá)不到預(yù)期效果,降低了實(shí)驗(yàn)效果的質(zhì)量。以上這些問題對(duì)提高測(cè)井實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平產(chǎn)生了阻礙,降低了實(shí)際的教學(xué)效果。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中,可以對(duì)真實(shí)物理模型實(shí)驗(yàn)的不足進(jìn)行補(bǔ)充,能夠解決傳統(tǒng)測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的眾多問題。
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2 虛擬仿真測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
針對(duì)當(dāng)前存在的問題,基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù),設(shè)計(jì)了一套比較簡便的基于虛擬仿真技術(shù)的測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為三部分:井場(chǎng)、地層等環(huán)境子系統(tǒng),測(cè)井曲線顯示與測(cè)量控制子系統(tǒng),數(shù)值計(jì)算子系統(tǒng)。
2.1 井場(chǎng)、地層等環(huán)境子系統(tǒng)
在該子系統(tǒng)中,井場(chǎng)環(huán)境盡可能等比例縮小地還原真實(shí)井場(chǎng),可直觀生動(dòng)地展示真實(shí)井場(chǎng)的原貌,。在實(shí)際測(cè)井中,地層介質(zhì)的分布一般是與井軸相切的垂向分布,地層介質(zhì)以井軸為中心對(duì)稱分布。根據(jù)這一特點(diǎn),在設(shè)計(jì)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(xué)實(shí)驗(yàn)。
2.2 測(cè)井曲線顯示與測(cè)量控制子系統(tǒng)
在設(shè)計(jì)該子系統(tǒng)時(shí),因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者是通過界面與虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)備來進(jìn)行溝通,所以為提供給實(shí)驗(yàn)者更好的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn),需要構(gòu)建一個(gè)易于操作且布局清晰的界面(見圖1)。在界面中學(xué)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(chǎn)井剖面。其中,每一種剖面下,都有多種測(cè)井方法可供選擇,學(xué)生可以自行設(shè)置地下儀器(探管)類型。實(shí)驗(yàn)完全模擬真實(shí)測(cè)井情況,測(cè)得的數(shù)據(jù)曲線欄中以曲線的形式進(jìn)行展示,在測(cè)量過程中可以按暫停,以便教師實(shí)時(shí)講解。若進(jìn)行下一次測(cè)量,只需要點(diǎn)擊“復(fù)位”鍵,重復(fù)上述操作即可。
2.3 數(shù)值計(jì)算子系統(tǒng)該子系統(tǒng)
是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的核心,決定了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性與科學(xué)性。系統(tǒng)的地層環(huán)境是通過正演計(jì)算得到的具有代表性的地層,不同的地層參數(shù)與不同的測(cè)量方法之間,都對(duì)應(yīng)著不同的計(jì)算方法,確保不同測(cè)井方法測(cè)得的數(shù)據(jù)與地層模型相對(duì)應(yīng),實(shí)時(shí)地顯示測(cè)井曲線進(jìn)入不同地層的變化。該子系統(tǒng)使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在確保其科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性的同時(shí),還突出其教學(xué)性,確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可以走進(jìn)課堂,切實(shí)的服務(wù)于教學(xué)和科研。
3 虛擬仿真技術(shù)在測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用中的意義
應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,可以彌補(bǔ)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)P秃驮O(shè)備臺(tái)數(shù)不足的缺陷,由計(jì)算機(jī)虛擬地下條件變化,通過數(shù)值模擬和人機(jī)交互操作來獲取地下信息,使學(xué)生對(duì)看不見、摸不著的資源賦存狀態(tài)及其地球物理響應(yīng)產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí),增加實(shí)驗(yàn)效果和教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件在設(shè)計(jì)好后,只需在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行安裝調(diào)試,不需要昂貴的費(fèi)用,而且實(shí)驗(yàn)軟件可以重復(fù)使用,不需要擔(dān)心儀器的損耗和耗材的使用。實(shí)驗(yàn)需要更新時(shí),只需對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí),而不是傳統(tǒng)的替換儀器,節(jié)約大量成本。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)可以把所有的實(shí)驗(yàn)集合為一體,讓學(xué)生能夠?qū)φ麄€(gè)學(xué)科有一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率,傳統(tǒng)模式的測(cè)井實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間來組裝調(diào)整儀器、更換探管和地層模型,而在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中,這些操作可以在界面上進(jìn)行設(shè)置,操作簡便,節(jié)省時(shí)間,并且可以多人同時(shí)操作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)突破了時(shí)間與空間的局限性,提高學(xué)生的實(shí)踐能力和工程素質(zhì)。
4 結(jié)語
采用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,突破了傳統(tǒng)測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性,提高了教學(xué)的質(zhì)量,取得了更加完美的實(shí)驗(yàn)效果。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)體現(xiàn)出簡明易懂,形象生動(dòng)的特征,并且將抽象的理論知識(shí)化為可見的演示過程�?紤]到未來業(yè)務(wù)的發(fā)展,系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)個(gè)別模塊進(jìn)行單獨(dú)開發(fā),在整體上考慮對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后升級(jí)、移植等功能的便捷開發(fā),以此保證項(xiàng)目之后具有一定的延展性。同時(shí),虛擬仿真測(cè)井實(shí)驗(yàn)中中也存在一些問題,其測(cè)得的曲線太過理想,不足以體現(xiàn)實(shí)際測(cè)井的復(fù)雜性,以后工作中會(huì)不斷完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和形式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是高校信息化建設(shè)的重要組成部分 可以更好地整合實(shí)驗(yàn)資源 建設(shè)與傳統(tǒng)教學(xué)相配套的數(shù)字化教育資源體系,該系統(tǒng)作為虛擬仿真技術(shù)在測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,說明虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中具有顯著優(yōu)勢(shì)。
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