Подготовка кадров для нефтегаза

Новый подход к образованию
Считается, что разведанные запасы нефти России составляют около 35% от начальных прогнозных ресурсов, т.е. примерно 2/3 общего количества нефти на территории и акватории РФ еще ждет своего открытия. Вместе с тем, в ближайшее время Россия может столкнуться с дефицитом дешевых энергоносителей в связи с падением воспроизводства запасов углеводородных ресурсов и увеличением доли трудноизвлекаемых запасов.
В связи с этим цель повышения уровня энергоэффективности и энергосбережения отечественной экономики становится одним из ключевых приоритетов инновационного развития России. Эффективное достижение этой цели зависит от множества факторов: активного развития альтернативной и солнечной энергетики, внедрения инновационных решений в ТЭК, разработки новых материалов и энергосберегающих технологий, открытия новых месторождений в пределах шельфов и глубоководных акваторий, применения инновационных методов поиска и разведки залежей, увеличения нефтеотдачи, а также внедрения инновационных методов переработки углеводородного сырья.
Как и во многих быстрорастущих областях современной науки и техники, успехи создания и применения новых материалов и методов для ТЭК обязаны междисциплинарному подходу. Однако разработка новых решений в этой области требует от исследователя совершенно новых знаний и менталитета, не основанных на классических, но узкоспециализированных представлениях о геологии, физике, химии, биологии как об отдельных несвязанных науках.
Для подготовки таких кадров в МГУ создаются новые структуры – междисциплинарные научно образовательные центры (НОЦ). Такие НОЦ хорошо вписываются в структуру классических университетов, в первую очередь, вследствие полноты представленных факультетами фундаментальных научных направлений, что позволяет создавать естественную среду для подготовки кадров по междисциплинарным направлениям.

Цели и задачи НОЦ
В декабре 2009 г. в МГУ создан Научно-образовательный центр «Поисков, разведки и разработки месторождений углеводородов» (далее «Нефтегазовый центр МГУ»). «Нефтегазовый центр МГУ» является структурой, обеспечивающей взаимодействие кафедр, лабораторий и научно-исследовательских центров 11 факультетов Московского Университета с государством и бизнесом в нефтегазовой сфере.
В задачи «Нефтегазового центра МГУ» входят:
- разработка междисциплинарных программ подготовки и повышения квалификации специалистов, развитие системы «корпоративного» обучения с крупными добывающими компаниями, обеспечение практик (практических занятий) студентов с использованием современного высокотехнологического оборудования и их привлечение к участию в научно-исследовательских проектах;
- координация деятельности групп исследователей для решения фундаментальных задач нефтегазовой отрасли, создание совместных проблемных лабораторий с научно-исследовательскими центрами компаний, организация постоянных научных семинаров по широкому кругу вопросов;
- анализ потребностей корпораций, мониторинг разработок и реализация инновационного потенциала факультетов Университета в нефтегазовой сфере, привлечение малых инновационных компаний МГУ имени. М.В. Ломоносова к участию в совместных проектах, научно-исследовательской работе и подготовке специалистов;
В рамках мероприятий по модернизации образовательного процесса «Нефтегазовый центр МГУ» обеспечивает координацию подготовки высококвалифицированных кадров в нефтегазовой сфере и повышение квалификации сотрудников нефтегазовых компаний в различных формах, включающих:
- новые межфакультетские магистерские программы и целевую аспирантуру с двойным руководством;
- международные научно-образовательные практики «Плавучий университет» и междисциплинарная морская практика на Белом море;
- программу открытых лекций Московского Университета «Фундаментальные основы поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа»;
- ежемесячные совместные семинары с Европейской ассоциацией геоученых и инженеров (EAGE) и международным Обществом инженеров-нефтяников (SPE);
- ежегодные научно-практические конференции;
- «Современные проблемы нефтегазового сектора. Инновационные разработки классических университетов для их решения»;
- цикл программ повышения квалификации, в том числе с использованием средств дистанционного обучения.
Примерами предлагаемых междисциплинарных магистерских программ центра могут служить программы по следующим направлениям:
- «Методы поисков, разведки и разработки морских месторождений углеводородов». Цель программы – подготовка специалистов в области нефтяной геологии и геохимии, новейших технологий дистанционных исследований, передовых научных методов сейсморазведочных работ, геофизических исследований скважин, разработки морских месторождений, геомеханического и гидродинамического моделирования, современных информационных технологий нефтегазовой отрасли;
- «Морская экология и комплексное управление береговыми зонами». Цель программы – подготовка специалистов для государственных, муниципальных и научно-исследовательских и производственных нужд в области экологического контроля и надзора, экологической экспертизы и разрешительной деятельности, правовых основ природопользования, а также экологического мониторинга и экономики природопользования морских территорий и береговых зон».
- «Информационные технологии в нефтегазовой отрасли». Цель программы - подготовка магистров в области разработки программного обеспечения и администрирования высокопроизводительных вычислительных систем и центров обработки данных, обладающих навыками мультимасштабного математического моделирования для решения широкого круга задач от поиска месторождений до транспортировки углеводородов, разработки системы хранения и баз данных в нефтегазовой отрасли.
- «Скважинные геофизические и петрофизические исследования месторождений нефти и газа». Цель программы - обучение и практическое освоение современных лабораторных методов, методик полевых и экспериментальных комплексных исследований, интерпретация и обработка скважинных геолого-геофизических данных с целью решения задач нефтегазовой геологии.
- Фундаментальные исследования при разработке месторождений. Цель программы – подготовка магистров обладающих глубокими теоретическими знаниями физико-химических процессов в коллекторах углеводородов, современных методов построения статистических моделей, численных методов гидродинамики и моделирования сверхсложных систем.
- «Химическая переработка углеводородного сырья». Цель программы – подготовка специалистов в области переработки нефти, нефтехимии и газохимии, обладающих широким кругозором в указанных областях с учетом новых экологических и технологических требований, разбирающихся в современных проблемах производства топлив, масел и продуктов нефтехимии.

Что важно?
Для реализации научно-исследовательских целей Нефтегазового центра МГУ в области ТЭК необходимо скоординировать усилия в пяти наиболее значимых междисциплинарных направлениях:
1. Углеводородные ресурсы морских акваторий и Арктического региона Российской Федерации.
Цель проекта – проведение междисциплинарных региональных исследований геологического строения и нефтегазоносности окраинных и внутренних морей России, прогноз открытия крупных месторождений нефти и газа на шельфе и в глубоководных акваториях, изучение закономерностей размещения субмаринных газовых гидратов и оценка их ресурсного значения, развитие методов прямых поисков нефти и газа в акваториях (от космических до молекулярных). Разработка новых технических средств и методики геофизических исследований на мелководье, в транзитной зоне, области распространения многолетнемерзлых пород и ледовых условиях при разведке и разработке месторождений углеводородов.
Участники: геологический, географический, механико-математический, физический, химический, биологический факультеты, ГАИШ.



2. Суперкомпьютеры в нефтегазовой отрасли.
Цель проекта - создание отечественного программного обеспечения для повышения эффективности полного цикла поисков, разведки и разработки месторождений углеводородов с использованием высокопроизводительных вычислений. Участники: механико-математический, геологический, физический факультеты, НИВЦ.
3. Инновационные технологии переработки углеводородного и альтернативного углеродсодержащего сырья.
Цель проекта – разработка инновационных методов увеличения глубины переработки нефти, вовлечение в нефтепереработку тяжелого и альтернативного сырья для получения топлив и продуктов нефтехимии. Разработка на их основе технологий для существенного повышения селективности процессов нефтепереработки и нефтехимии и снижения затрат энергии на производство единицы продукции. Участники: механико-математический, физический, химический, экономический факультеты, НОЦ по нанотехнологиям МГУ.
4. Инновационные методы увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов.
Цель проекта – разработка на основе фундаментальных исследований новых физико-математических (теоретических и экспериментальных) методов изучения и моделирования сложных геологических сред при поиске, разведке и разработке «нетрадиционных» источников углеводородов и повышения нефтеотдачи продуктивных пластов. Участники: физический, геологический, химический механико-математический, ВМК, факультеты, НИВЦ.
5. Возобновляемые источники энергии и сырья, химико-биологические методы генерации энергии.
Цель проекта – создание нового поколения энергоносителей в виде органических топлив, являющихся продуктом фотосинтетической фиксации СО2, и осуществления химических или биотехнологических процессов трансформации биологически возобновляемых источников сырья различной природы. Создание фотобиотехнологий получения биомассы микроорганизмов, обогащенной липидами. Создание эффективной установки по преобразованию органических отходов в электроэнергию через промежуточное образование биоводорода. Участники: биологический, химический, физический факультеты.
В инновационной области Нефтегазовый центр будет отвечать за разработку большого количества проектов, в том числе:
- «Разработка программного обеспечения для бассейнового анализа и обработке
данных сейсморазведки на суперкомпьютерах»;
- «Построение моделей Арктических нефтегазоностных бассейнов»;
- «Разработка технологий проведение инженерно-геофизических изысканий на акваториях»;
- «Детальные исследования структуры порового пространства пород-коллекторов»;
- «Создание технологии мобильных систем конверсии попутного газа в синтетическую нефть и моторные топлива» и т.д.



Опыт работы МГУ в нефтегазовой отрасли
В МГУ уже есть задел по многим актуальным направлениям ТЭК. Ниже приведены несколько примеров достижений специалистов МГУ в сфере разработки новых материалов и технологий для ТЭК.
Заметные успехи достигнуты МГУ в области исследования современных геологических процессов на глубоководных окраинах континентов. Эти работы проводятся главным образом в рамках созданной в 1991 г. по инициативе МГУ международной программы ЮНЕСКО «Плавучий университет», в полной мере использующей принцип «Образование через исследования» («Training trough Research»).
Активность «Плавучего университета» представляет собой сочетание ежегодных морских экспедиций (сбор новых геофизических, геологических и геохимических данных), глубокой обработки и интерпретации этих данных в лабораториях Московского Университета и ведущих научных центрах Европы. Основными принципами программы являются: ее мультидисциплинарность (в работе принимают участие геологи, геофизики, геохимики, биологи, океанологи, математики, физики и другие специалисты), максимальное участие в исследованиях молодых ученых, аспирантов и студентов (более 80% от общего числа участников).
За время действия этой программы были открыты и исследованы более 100 крупных грязевых вулканов и других структур, являющихся прямыми признаками нефтегазоносности этих акваторий. Скопления метановых и «нефтяных» газовых гидратов были впервые обнаружены и опробованы в Черном и Средиземном морях, Заливе Кадис (Атлантика), Норвежском море (подводное плато Воринг) и других акваториях.




Методы дистанционного исследования на акваториях
В настоящее время существует широкий круг задач, связанных со строительством инженерно-технических сооружений на мелководных акваториях. Прежде всего, речь идет о постановке платформ для разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ в шельфовых зонах.
Важнейшей характеристикой, влияющей на стоимость всей конструкции, является устойчивость придонных осадков и их прочностные свойства, способность выдерживать нагрузки, создаваемые платформой. Самым распространенным способом изучения свойств осадков является взятие проб грунта (керна) или бурение. Внедрение дистанционных методов определения физических свойств осадков с движущегося судна позволяет значительно сократить расходы на проектирование буровых платформ и других подводных сооружений.
Другим полем деятельности, где оценка свойств придонных осадков крайне необходима, является прокладка донных газо- и нефтепроводов, строительство и обслуживание водных переходов трубопроводов, поиски и разведка россыпных месторождений. Кроме этого, знание свойств донных осадков (затухания и импеданса), может быть использовано в целях подводной связи и навигации (военно-морской флот).
На протяжении 50 лет в МГУ разрабатываются и совершенствуются методы дистанционных исследований на акваториях, такие как многоканальные широкополосные сейсмоакустические наблюдения, гидролокация бокового обзора и др. С помощью этих наработок были успешно выполнены исследования Штокмановского месторождения, изыскания под строительство в г. Сочи, исследования под прокладку трубопровода через пролив Петра Великого и Североевропейского газопровода, регулярно проводятся изыскание на Москве-реке.

Нанокатализаторы для утилизации попутного нефтяного газа
Важнейшим направлением увеличения эффективности использования углеводородов в промышленности является использование в качестве сырья для нефтехимии попутных газов, одного из потенциальных крупнотоннажных источников этилена и пропилена.
Значительная их доля не находит квалифицированной переработки и сжигается в промысловых факелах (ежегодные потери попутного нефтяного газа составляют по минимальным оценкам 28 млрд м³). Одна из основных проблем в данной сфере – отсутствие эффективных и несложных технологий его подготовки, прежде всего обессеривания. В МГУ создана эффективная технология обессеривания попутного нефтяного газа, основанная на каталитическом окислении H2S. С применением разработанного катализатора существенно упрощается процесс очистки, и в 2-3 раза снижаются расходы на очистку.

 Схема технологии и пилотная установка обессеривания попутного нефтяного газа



Стараниями сотрудников химического факультета МГУ и инновационной компанией «Старт катализатор» разработка доведена до уровня пилотной установки.
Отметим, что объем рынка установок для сероочистки только в России составляет более $500 млн в год. Разработанная пилотная установка прошла успешные испытания на месторождении в мае 2008 г. Осенью 2009 г. проект прошел экспертизу в ГК «Роснано», подана заявка в Венчурный фонд РВК.
Разработка наноструктурированных цеолитных материалов для каталитической переработки углеводородного сырья. Не менее важным является вопрос разработки катализаторов нового типа для каталитической переработки углеводородного сырья. Продажа переработанных продуктов более выгодна (в долгосрочной перспективе), чем продажа исходного сырья. Сотрудниками МГУ и инновационной компанией ООО «УНИСИТ» разработана технология наноструктурированного бипористого катализатора нового поколения на основе цеолитов. Технология предусматривает химическое модифицирование цеолитов, в результате которого в объеме кристалла цеолита образуются наноразмерные транспортные поры.
Получаемые материалы обладают высокой стабильностью и эффективностью в условиях каталитических превращений и термопаровой регенерации. Их каталитическая активность в 3-7 раз выше традиционных катализаторов процесса нефтепереработки. Предлагаемая технология универсальна и может быть использована для цеолитов любого структурного типа. Техническое решение характеризуется оригинальностью, простотой технологического оформления процесса и может быть реализовано на любом действующем цеолитном производстве.


Полимеры для нефтедобычи



Этот пример связан с созданием новых полимерных материалов, так называемых «умных гелей» для разработки сложных или истощающихся месторождений. Эта работа выполнена сотрудниками физического факультета МГУ в сотрудничестве с компанией Шлюмберже. Важной проблемой в нефтедобывающей промышленности является ограничение водопритоков. Во всех нефтяных скважинах наряду с нефтью добывается и вода. По мере старения скважин количество добываемой воды растет. Из истощающихся нефтяных пластов выкачивается в среднем около 3 т воды на 1 т нефти. В результате приходится ежегодно расходовать более 40 млрд долларов на выделение и очистку никому не нужной воды. Использование современных методов ограничения водопритоков позволяет значительно сократить затраты на добычу нефти и – что более важно – обеспечить наиболее полное извлечение нефти из недр.
В работе предложено для ограничения водопритоков использовать «умные» полимерные жидкости, способные самостоятельно находить место притока воды внутри скважины и блокировать его, не мешая при этом течению нефти. В качестве пробки, запирающей поток воды, выступает гель так называемого гидрофобно ассоциирующего полимера. Такой полимер состоит из гидрофильной (водорастворимой) основной цепи и небольшого числа боковых гидрофобных групп, которые, стремясь отделиться от воды, агрегируют друг с другом. Агрегация гидрофобных групп, принадлежащих разным полимерным цепям, приводит к образованию геля, который и формирует пробку, запирающую поток воды. Однако, если просто в скважину закачать раствор такого полимера, то пробка образуется во всем объеме скважины, и она заблокирует течение не только воды, но и нефти. Чтобы пробка образовывалась избирательно только при контакте раствора полимера с водой, был добавлен ингибитор гелеобразования, препятствующий формированию геля в исходном растворе полимера, причем ингибитор выбран такой, что он хорошо растворим в воде, но нерастворим в углеводородах (нефти). В результате при контакте с нефтью ингибитор остается в растворе полимера, продолжая предотвращать образование геля в нем. А при контакте с водой ингибитор быстро диффундирует в воду, в результате чего в месте контакта с водой образуется прочная гелевая пробка.

Разработка альтернативных моторных топлив

Научно-исследовательские работы по этой тематике направлены на создание нового поколения энергоносителей в виде органических топлив, являющихся продуктом фотосинтетической фиксации СО2 и осуществления химических или биотехнологических процессов трансформации биологически возобновляемых источников сырья различной природы. Создание биотоплив и биотопливной промышленности в значительной степени позволит решить проблему энергетического обеспечения транспорта и снять вопрос о децентрализации источников энергии. Огромный интерес к биотопливам определяется тем, что транспортная энергетика представляет собой наиболее емкий и наиболее чувствительный сектор современной экономики.
Принципиально важным для развития технологий в данной области является разработка новых высокоэффективных химических и биологических катализаторов, позволяющих использовать максимально широкий спектр биовозобновляемых источников энергии.
Реализация имеющегося научно-технического задела и последующее его развитие позволят создать новое поколение энергоносителей, расширить возможности биотопливной индустрии за счет создания технологических процессов нового поколения, обладающих высокой технологической, экономической и экологической привлекательностью за счет интенсификации существующих процессов и улучшения их экономических показателей, а также за счет обеспечения решения проблемы выбросов CO2 и организации замкнутых технологических процессов.

Общие соображения

Стоит отметить, что для реализации проводимых научных разработок требуется значительное целевое финансирование как научных исследований (фундаментальных и прикладных), опытно-конструкторских работ, так и разработки инженерных прототипов. К сожалению, бизнес-сообщество пока не готово к финансированию работ, находящихся на этапе разработки лабораторных прототипов. Необходима разработка налоговых льгот (стимулов) для привлечения бизнеса к финансированию перспективных разработок и технологий.

Алексей Хохлов,
Проректор МГУ, директор Нефтегазового Центра МГУ, академик