Инженерный бизнес в топливно энергетическом комплексе

Абитуриентам предлагают бакалавриат «Инженерный бизнес в топливно-энергетическом комплексе» и магистратуру «Исследования и разработки, технологическое предпринимательство в ТЭК».

Программы курирует профессор кафедры Владимир Конюхов. По его словам, за последние 15 лет вуз подготовил около 400 молодых инноваторов. Они окончили бакалавриат и магистратуру по направлению 27.03.05. «Инноватика». Выпускники успешно трудятся на крупных промышленных предприятиях, в научных организациях, открывают свое дело.

В связи с развитием вуза, изменениями в промышленности и бизнесе принято решение о запуске новых профилей.

«К разработке программ подготовки бакалавриата и магистратуры коллектив кафедры подтолкнули содержание нашей учебной и научной деятельности, участие в стратегических сессиях и общение с индустриальными партнёрами. Ключевым элементом образовательных проектов станет подготовка кадров для ТЭК. Например, профиль «Инженерный бизнес в ТЭК» поможет дать старт молодежи в технологическом предпринимательстве. Подчеркну, что обе программы доступны и заочникам. Это особенно важно для нашей целевой аудитории, работающей на производстве, в том числе вахтовым методом», — сказал Владимир Конюхов.

По информации заведующего кафедрой Виктора Ёлшина, сфера ТЭК является одной из наиболее перспективных для Приангарья – региона, богатого энергоресурсами и крупными запасами углеводородов. Именно поэтому политех переориентируется с подготовки классических инноваторов на обучение специалистов узкого профиля. Набор абитуриентов стартует в 2021 году. В настоящий момент действует рабочая группа по созданию программ. Между тем, студенты, ранее поступившие в ИРНИТУ по профилю «Управление инновациями в промышленности», успешно доучатся, согласно учебным планам.

Бакалавры освоят такие дисциплины, как теория и системы управления, материаловедение, системный анализ и принятие решений, основы современного технологического развития нефтегазового дела и энергетики.

Политеховцы получат детальное представление о промышленных технологиях и возобновляемых источниках энергии, инновациях в нефтедобыче и нефтепереработке, цифровой энергетике.

При подготовке магистров упор сделают на изучении национальных инновационных систем, теории исследований и разработок (R&D), венчурного финансирования инноваций. Важным этапом обучения станет участие в работе коммерческих предприятий, действующих на базе Технопарка ИРНИТУ. Именно там студенты получат практические навыки технологического предпринимательства. Магистранты смогут заняться наукой в академических и отраслевых исследовательских институтах Приангарья.

«Основной компетенцией выпускников станет способность решать профессиональные задачи с учетом особенностей формирующихся технологических укладов и четвёртой промышленной революции в инновационной сфере ТЭК. Этому способствует грамотная команда кафедры автоматизации и управления, где трудятся два доктора и семь кандидатов наук. Поделиться практическим опытом со студентами смогут приглашенные специалисты из сферы энергетики и нефтегазового дела, бизнесмены», — подчеркнул Владимир Конюхов.

Закрепить профессиональные навыки будущим инноваторам предлагают на базе партнерских предприятий. В их числе индустриальные партнёры ИРНИТУ — компании «Роснефть», «ЕвроСибЭнерго», «Норникель», «ИНК» (Иркутская нефтяная компания») и др. Также существует возможность прохождения зарубежных стажировок, получения постдипломного образования в других странах. Например, Анастасия Цишковская, став дипломированным инноватором в ИРНИТУ, поступила в аспирантуру Вроцлавского университета в Польше. Екатерина Холодилова продолжила обучение в магистратуре одного из вузов Новой Зеландии.

В 2021 году университет готов предоставить 21 бюджетное место для бакалавров по направлению «Инноватика». Обучение в магистратуре планируется на коммерческой основе.

Для поступления абитуриентам необходимо сдать ЕГЭ по русскому языку, математике и физике, а также пройти тестирование (магистратура).

По вопросам обучения обращаться в Центральную приемную комиссию вуза: тел: +7 (3952) 405-405, cpk@istu.edu.

Подробную информацию уточнять у Владимира Конюхова, тел: +7 (3952) 40-55-19, сот: +(73952) 607663, konyuhovvy@ex.istu.edu 

В ИРНИТУ определили лидеров первого Чемпионата по инженерному бизнесу в ТЭК

В ИРНИТУ впервые состоялся Чемпионат по инженерному бизнесу в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК). Будущие инноваторы проанализировали вред промышленных выбросов, озвучили идеи по перепрофилированию нефтеперерабатывающих заводов и монетизации экологичных методик использования СО2.

Конкурс инициировал профессор кафедры автоматизации и управления, основатель СНИО «Инноватика: инвестиционный инжиниринг» Владимир Конюхов. По его словам, чемпионат является более современной альтернативой олимпиаде по инноватике. Мероприятие призвано популяризовать науку среди будущих инженеров, привлечь их внимание к проектному обучению.

Студентам предложили решить кейс, касающийся планов ООН по снижению роста доли парниковых газов в атмосфере к 2030 году. Решения дистанционно оценивали представители Иркутской нефтяной компании и «Газпром добыча Иркутск».

Первое место завоевала команда в составе Богдана Дякива, Виктории, Дудаковой и Полины Дудиной. Научный руководитель — доцент кафедры нефтегазового дела Валентина Шульга.

По мнению Богдана Дякива, одним из наиболее вредных парниковых газов является азот. Химический элемент снижает способность торфа поглощать СО2. Имеющая тройную связь молекула N не усваивается растениями, что ведет к распространению смога. Избыток азота в атмосфере вызывает кислотные дожди, меняющие химический состав почвы. Кроме того, его выбросы в 300 раз повышают риски, связанные с глобальным потеплением.

Победители предложили перевести отечественные НПЗ на производство водорода в случае падения спроса на нефть. Оптимальной промышленной технологией при этом может стать щелочной электролиз, который позволяет фильтровать углекислый газ.

Также докладчики рекомендуют обратить внимание на европейский опыт. Политеховцы привели в пример стартап, с 2020 года специализирующийся на извлечении углекислоты из атмосферы. В дальнейшем она становится промежуточным элементом для производства метана. В Исландии практикуют перевод СО2 из газообразного состояния в твердое (химическое связывание вещества с горными породами).

Второе место на чемпионате заняли Елена Дрянова, Арина Петрова, Виктория Дюкова и Надежда Борошноева. Под руководством доцента кафедры экономики и цифровых бизнес-технологий Оксаны Тимчук студентки изучили информацию о парниковых газах антропогенного происхождения. Это метан, двуокись углерода, закись азота и гидрофторуглерод, образующиеся в результате работы промплощадок, сжигания биомассы и природного топлива, деятельности сельхозпредприятий. Инноваторы считают перспективным применение углекислого газа в биоэнергетике и геоинжиниринге, а также в создании изоляционных материалов. Монетизировать выбросы СО2 предлагается путем их прямого сокращения и последующей экономии на покупке углеродных квот. Другой способ получения прибыли – запуск нацпрограмм по поддрежке энергоэффективных проектов. Кроме того, команда придумала блок-схему инвестиционной деятельности энергетики, основанную на вложении и накоплении ресурсов.

Награды за третье место удостоены четверокурсники Сергей Абраменко и Максим Гордт (научный руководитель — Владимир Конюхов). Авторы акцентировали внимание на альтернативном способе применения углекислого газа. Суть метода заключается в улавливании, транспортировке и закачке диоксида углерода в нефтяные пласты.

Доклады участников чемпионата по инженерному бизнесу в топливно-энергетическом комплексе будут опубликованы в сборнике «Байкальская наука».

Фото Арсения Чекмарёва

В этих условиях российский ТЭК обречен «умнеть» опережающими темпами. Сфера научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ уже трансформировалась в рынок R&D (Research and Development), значительную долю которого занимают дочерние структуры крупных энергетических компаний. В этом секторе происходит как создание востребованных высокотехнологичных продуктов, так и внедрение их в различные отраслевые процессы. И как любому новому растущему рынку ему нужны кадры.

В 2022 году по инициативе Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственной программы «Научно-технологическое развитие Российской Федерации» началась реализация федерального проекта «Передовые инженерные школы», цель которого — подготовка квалифицированных инженерных кадров для высокотехнологичных отраслей экономики. Томский политехнический университет стал победителем конкурса и получил право создать Передовую инженерную школу «Интеллектуальные энергетические системы» (ПИШ ИнЭС), где будут готовить инженеров нового поколения, а также разрабатывать цифровые решения для топливно-энергетического комплекса России. Но это будет еще и точка роста для ученых и специалистов из индустрии, которые придут в ПИШ в качестве сотрудников.

ПИШ ИнЭС создается по типу «гринфилд» как отдельное структурное научно-образовательное подразделение ТПУ в статусе школы с широкой автономией. Ее индустриальные партнеры — это предприятия «Росатома» и «Газпромнефти». Томский политех в программе ПИШ поддержали 18 российский высокотехнологичных компаний топливно-энергетического комплекса и IT. Это АО «ТВЭЛ», АО «Сибирский химический комбинат», АО «Прорыв», ФЯО ФГУП «Горно-химический комбинат», АО «ИТЦ «ДЖЭТ», Научно-Технический Центр «Газпром нефти», АО «Системный оператор Единой энергетической системы», ПАО «Россети». Это и заказчики технологий, и участники R&D-проектов, и будущее место работы выпускников ПИШ. Возглавил школу специальный представитель «Росатома» по международным и научно-техническим проектам Вячеслав Першуков.

Участвуя в федеральном проекте, ТПУ создает глобальный межотраслевой центр компетенций, где будет сосредоточена работа по интеллектуализации процессов прогнозирования и управления инфраструктурой топливно-энергетического комплекса с выработкой платформенных решений, которые найдут применение во всех отраслях российского ТЭК — нефтегазовой, электроэнергетической, атомной и угольной. При этом основные решения будут ориентированы на цифровую трансформацию топливно-энергетического комплекса с широким внедрением отечественных разработок, в том числе платформ численного моделирования физических и технологических процессов, в операционную деятельность отраслевых компаний, научно-конструкторскую сферу и образование. Таким образом, студенты уже в университете смогут освоить технологии и программные продукты, используемые в компаниях, где им в дальнейшем предстоит работать.

Что касается самого образовательного процесса, то в ПИШ ИнЭС реализуют новую модель, предполагающую подготовку инженера будущего. Это высококвалифицированный специалист, владеющий наукоемкими, цифровыми и мультидисциплинарными технологиями, обладающий фундаментальными знаниями, системным взглядом, навыками командной проектной работы. В ПИШ откроется четыре магистерских программы на стыке энергетики и ИТ, а также целый пул программ дополнительного образования для действующих специалистов из российских компаний. Особенность образовательных программ — возможность выполнить реальные инженерные проекты, в том числе на базе компаний-партнеров.

У тех, кто придет работать в ПИШ в качестве сотрудников, будет возможность реализовать прорывные идеи в крупных проектах, связанных, в частности, c созданием цифровых моделей вывода из эксплуатации ядерных объектов, технологическими решениями в области замкнутого ядерного топливного цикла и ядерных установок нового поколения, созданием моделирующе-управляющих комплексов для энергосистем и цифровых двойников энергетических систем и энергетических районов. На основе реализованных проектов планируется организовать ряд спинофф-компаний ИТ-профиля.

Прямая речь

Дмитрий Седнев, и. о. ректора Томского политехнического университета:

— Смысл программы ПИШ в появлении на карте страны новых инженерных школ, решающих передовые технологические задачи. Университеты, вошедшие в программу, не занимаются переупаковкой уже существующих в вузе направлений, они создают новое. ПИШ Томского политеха — это гринфилд в области интеллектуальных цифровых систем для энергетики. У этого гринфилда будет своя инфраструктура — выделенное здание, новая лабораторная и технологическая база. Часть сотрудников будет привлечена из ТПУ, остальные — это специалисты высшей школы, академических институтов и специалистов компаний из разных регионов. Самое главное, что у всех сотрудников должен быть качественный опыт работы с высокотехнологичными компаниями, опыт внедрения технологических решений. Сейчас проект Передовых инженерных школ — это уникальное место и время для качественной и при этом оперативной реализации действительно амбициозных проектов.

Об авторе: Вадим Ахметгареев, кандидат технических наук, Sr. Engineering Advisor R&D в компании Terra Laboratories.

IT-разработки в помощь геологам

Нефтегазодобыча — наукоемкая сфера, поэтому здесь не обойтись без передовых технологий.

Есть два типа данных, получаемых о пласте:

• прямые — шлам (крошечные образцы породы, которые выносит на поверхность во время бурения), керн (образцы породы диаметром 5–10 см, которые специально выпиливаются также во время бурения), флюиды (жидкости и газы из пласта);
• косвенные — данные сейсморазведки, либо геофизических исследований скважин.

Одна из наиболее современных и эффективных технологий по изучению пласта — детализированный анализ шлама. Детализированный анализ шлама представляет собой исследование того, из каких минералов и элементов состоит шлам. Так как шлам — это мелкие кусочки выбуренной породы, то их исследования позволяют понять, чем представлен пласт: из каких пород и флюидов, и даже из каких элементов системы Менделеева он состоит. Новейшие методики, оборудование и софт могут выполнять эту процедуру непосредственно в самой скважине во время бурения.

Объединив данные по геофизике, шламу и керну, геологи получают очень подробную информацию об объекте. Уже сами по себе эти массивы данных широко используются как при дальнейшем бурении скважин, так и для того, чтобы повысить добычу.

Каждая пробуренная скважина — это всего лишь точка на площади распространения пластов. Что находится между этими точками, никто не знает. Для того, чтобы понять, что же находится между этими точками, используют 3D-сейсмику: геофизические исследования отражения от пластов искусственных сейсмических волн.

Современные IT-разработки и методики позволяют проводить количественную интерпретацию 3D-сейсмики. Для этого объединяются данные по керну, шламу, геофизике и 3D-сейсмике. В результате получают примерное представление о пористости и насыщенности пластов. Полученный комплекс данных позволяет построить настолько точную цифровую 3D-модель пласта, насколько это возможно. Программное обеспечение способно проводить симуляцию физических процессов движения флюидов, изменения напряжений и деформации пластов на таких 3D-моделях, адаптируя эти процессы к реальным промысловым данным (замерам добычи, давлений, промысловых исследований).

Существует целый ряд технологий, методик и оборудования, которые выполняют вышеуказанные операции и с каждым годом совершенствуются, автоматизируются и даже начинают сами «думать» за счет машинного или глубокого обучения, исключая тем самым возможность ошибки из-за человеческого фактора.

Современные мощные компьютеры и специализированный софт способны перенести реальный пласт в цифровой «двойник» (3D-модель) и затем на этой модели проводить все необходимые операции и исследования. Например, чтобы понять куда бурить добывающие и нагнетательные скважины, что и в каких объемах закачивать, какие скважины обрабатывать кислотой, химией, где и как проводить гидроразрыв пласта.

Причем вариантов этих операций на 3D-модели может быть бесконечно много, с минимальными затратами. А чтобы проверить все на реальном пласте, требуется гораздо больших денежных средств.

«Умные» решения для нетрадиционных коллекторов

Коллекторы — это горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке. Нетрадиционными называют коллекторы с очень низкой проницаемостью: это сланцевые или плотные породы, содержащие нефть и газ в основном в естественных трещинах. Подавляющая часть добычи из таких коллекторов осуществляется в США, где и разрабатываются различные технологии по гидроразрыву пластов — основной способ заставить нефть и газ притекать к скважине.

В горизонтальной скважине длиной 1,6–3,2 км, проводят многостадийный гидроразрыв пласта (МГРП), где расстояние между стадиями 50–100 м. Разветвленная система искусственных трещин от МГРП соединяется с естественными трещинами пласта, и флюиды (нефть и/или газ и вода) начинают притекать к скважине.

Горизонтальная скважина — подвид скважин, в которых ствол скважины в продуктивном (нефтяном или газовом пласте) бурят под углом не менее 80 градусов к вертикали. Из-за того, что пласты расположены в основном горизонтально, то и бурение скважин в этих пластах горизонтально наиболее рационально, т.к. позволяет добывать гораздо больше.

Часто бывает так, что горизонтальный пласт разделен горизонтальными непроницаемыми пропластками (например, глиной). В результате получается своеобразный пирог из пропластков продуктивного пласта и непроницаемых пластов. В этом случае, если пробурить горизонтальную скважину, то она пройдет только по одному из продуктивных пропластков. Чтобы добывать нефть или газ со всех пропластков, проводят гидроразрыв пласта. Многостадийный гидроразрыв — подвид гидроразрыва пласта, который проводят именно в горизонтальных скважинах, в нескольких местах вдоль горизонтального ствола. Каждое такое место называют стадией.

Стоимость МГРП на одной скважине составляет $2–6 млн, поэтому оптимизация таких работ — важнейшая задача. Процесс МГРП протекает так:

• в скважину закачивают жидкость, которой разрывают породу;
• затем закачивают в трещины проппант (в основном представляющий собой песок). Вода при этом проталкивается дальше в пласт. Проппант закачивают в пласт во взвешенном состоянии в жидкости. Эта жидкость выталкивает ранее закачанную в пласт жидкость гидроразрыва;
• датчиками замеряют давление закачки на протяжении всего процесса.

Проппант нужен, чтобы пласт не сомкнулся. Если его не закачать, то горное давление, которое составляет в среднем для таких пластов 500-800 атмосфер (для сравнения, на поверхности земли деление 1 атмосфера), просто закроет трещины. Но проппант представляет собой песок, через который нефть спокойно протекает (если на пляже в песок налить жидкость, она пропитает его, так же и в пласте).

Для идентификации трещин часто используют доргостоящую микросейсмику. Однако современные «умные» решения с использованием специальных математических алгоритмов и машинного обучения могут обойтись без нее.

Идентификация трещин нужна, чтобы понять, почему на одной скважине дебит нефти получился больше, чем на другой, и чтобы правильно спроектировать гидроразрыв пласта.

Нанотехнологии в нефтегазовой отрасли

Под нанотехнологиями подразумеваются все технологии, в которых процессы происходят на микроуровне, приводя к результату на макроуровне.

Нефть и газ залегают в порах пород. Представьте камень: если на него капнуть воды, он пропитается и вода будет находиться в порах камня. Точно так же залегают в порах пород флюиды.

Одной из интереснейших технологий является закачка в нефтяные и газовые пласты смеси воды с наночастицами, которые изменяют свойства породы и/или закачиваемой воды. В некоторых случаях в закачиваемый раствор добавляют определенную химию для ускорения процессов. В результате такой раствор позволяет лучше отмывать нефть с поверхности пор и вытеснять ее к добывающим скважинам.

Разновидностей наночастиц огромное количество, но инженеры в основном стараются выбирать недорогие. Я участвовал в разработке технологии использования наночастиц из древесного и угольного пепла, а также золы от сжигания различных продуктов на предприятиях. Частицы такой золы или пепла меньше размеров поровых каналов, что позволяет им проникать вглубь пласта. Результаты показали очень высокую эффективность, сопоставимую с дорогостоящими наночастицами. Аналогичные решения применяются и в бурении, когда наночастицы не позволяют буровому раствору проникать в пористые породы.

Современное лабораторное оборудование способно на микро- и наноуровне изучать физико-химические процессы, происходящие между породой, насыщающими ее флюидами и флюидами, закачиваемыми через скважины. Одна из современных технологий, в которой предварительно исследуются данные процессы — это закачка «умной» воды. Для ее производства подбирается наиболее оптимальный состав солей, растворенных в воде. Это позволяет при закачке «умной» воды в пласт за счет различных ионно-обменных процессов, происходящих между солями закачиваемой и пластовой вод, а также частицами породы, отмывать из пласта больше нефти, либо блокировать участки, из которых идет вода.

Широкое распространение получили технологии с использованием волн различной частоты, в том числе магнитных, ультразвуковых. Механизм воздействия работает за счет физического действия на микро- и наноуровне на частицы пород и флюиды. Например, для удаления отложений парафинов, асфальтенов, смол, карбоната кальция в трубах, по которым потом закачивается нефть, используются специальные приборы, которые за счет ударно-резонансных частот разбивают молекулы отложений. Постепенно частицы отложений отделяются от стенок труб и выносятся потоком. Другим примером могут служить специальные ультразвуковые приборы, спускаемые в скважины, которые также очищают трубы и перфорационные отверстия от отложений различных типов. Своеобразная «встряска» позволяет частицам отделяться от поверхности, на которые они налипли, и дебит (пропускная способность) скважины повышается.

«Зеленые» технологии в сфере нефтегаза

В последние годы нефтегазовые компании активно внедряют различные технические решения по генерации солнечной, ветровой, гравитационной, гидротермальной электроэнергий на своих объектах, а также систем хранения этой электроэнергии. В связи с развитием электротранспорта, большинство нефтегазовых компаний оснащают свои заправочные станции модулями для зарядки электромобилей.

Мне довелось участвовать в разработке органических жидких редокс-батарей, используемых для промышленного хранения электроэнергии. Редокс-батареи — тип перезаряжаемой жидкой батареи, которая использует ионы различных химических элементов в разных степенях окисления для хранения химической потенциальной энергии.

Примечательно, что подбираемый для таких систем электролит производится из продуктов глубокой переработки нефти, а промышленные нефтегазовые объекты, которые ранее были построены и в настоящее время не используются из-за истощения скважин, могут быть применены в качестве резервуаров для хранения и перекачки электролита. Небольшой парк таких хранилищ способен обеспечить электроэнергией город среднего размера.

К «зеленым» технологиям в нефтегазовой сфере также можно отнести:

• закачку в скважины отходов с промышленных предприятий, в том числе химических заводов, электростанций. Подобранная к определенным пластовым условиям, закачка таких отходов, с одной стороны, работает как метод увеличения нефтеотдачи, с другой — как способ борьбы с загрязнением окружающей среды путем утилизации отходов;
• использование попутно добываемого нефтяного газа, который выделяется из нефти при ее подъеме с забоя скважины на устье, также является «зеленым» решением. Такой газ применяют для выработки электричества, обогрева промышленных объектов, очень часто перерабатывают в продукты потребления. В некоторых случаях, если его очень много, закачивают обратно в пласт в качестве метода увеличения нефтеотдачи;
• широко распространенная технология микробиологического воздействия также относится к категории «зеленых». В пласт закачиваются определенные бактерии и/или нутриетны (корм для бактерий), которые позволяют лучше отмывать нефть, либо блокируют поступление в скважины пластовой воды;
• еще более продвинутые технологии связаны с генетической модификацией бактерий для производства газа из угля. Скважины вскрывают не только нефтяные, газовые или водоносные пласты, иногда попадаются и угольные. Закачка таких бактерий в угольные пласты с наличием воды приводит к тому, что микроорганизмы поедают уголь, а продуктом их жизнедеятельности является метан, который затем добывают из тех же скважин.

Эти методы считаются экологичными, поскольку добыча углеводородов получена с использованием биотехнологий. По сути, это не прямая добыча в традиционном понимании, а прошедшая через бактерии. Кроме того, применение бактерий позволяет заменить дорогостоящие традиционные технологии и сэкономить ресурсы.