А.И. Владимиров ,В.И. Грайфер
Общеизвестно, что нефть и природный газ - невозобновляемые источники энергии, и главная задача разработчиков - найти технические и технологические решения наиболее полного извлечения нефти из открытых геологами месторождений. По оценкам специалистов, при современных темпах нефтедобычи и мире (3,5 млрд. т ежегодно) и применяемых технологиях разработки нефтяных месторождений, позволяющих извлекать из нефтяной залежи в среднем не более 40 % нефти (30-31 % по месторождениям России), ее разведанные запасы будут исчерпаны до конца XXI века. Повышение коэффициента извлечения нефти (КИН) на 1 % на разрабатываемых месторождениях страны равносильно открытию нового нефтяного месторождения с объемом извлекаемых запасов около 100ц— 150 млн. т. Вместе с тем достижения современной науки позволяют прогнозировать возможность увеличения КИН на 7 -9 %. Для России эффект, который будет при этом получен, сопоставим с вводом в эксплуатацию нового Самотлора. Поэтому увеличение доли извлекаемых геологических запасов нефти из месторождений, находящихся в разработке, с помощью новых технологий, а также за счет улучшения качества проектирования и управления разработкой нефтяных месторождений на основе вышения достоверности и полноты информации о характеристиках и состоянии месторождений, обеспечения ее актуально-сти - одна из ключевых проблем укрепления ресурсного потен-циала ТЭК, энергетической безопасности страны. Это также важ-ная социальная проблема, решение которой имеет большое зна-чение для устойчивого развития России. Находящиеся в разработке нефтегазовые месторождения в основном обустроены. Вокруг них создана развитая социальная инфраструктура: города, транспортные и энергетические коммуникации, сопутствующие производства, образовательные учреждения, имеются квалифицированные кадры и др. Продление срока рентабельной эксплуатации месторождения обеспечивает сохранение рабочих мест в регионе, стабильность доходов региональных бюджетов.
В настоящее время возможности увеличения КИН существенно ограничены по той причине, что нефтяное месторождение при современном уровне его информатизации - плохо управляемая система. В сети из сотен и более взаимодействующих добывающих и нагнетательных скважин изменение режима работы одной скважины отражается на состоянии других. Данные о происходящих при этом в пласте процессах недостаточно достоверны. Необеспеченность проектных и управленческих решений в нефтедобыче информацией о фактическом состоянии объектов явления препятствует рациональному недропользованию.
Прогресс в повышении качества управления разработкой нефтяных месторождений идет медленными темпами, и это тревожный для государства фактор, способный затормозить развитие отечественной экономики.
Инновационный путь, который может существенно повысить качество управления разработкой нефтяных месторождений и, как следствие, КИН, - комплексная информатизация и интеллектуализация нефтепромыслов.
Термин «Smart Well» - умная (интеллектуальная) скважина уже широко применяется в нефтяной отрасли. Речь идет об инновациях в системе разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений, связанных с:
- встраиванием во все основные технологические объекты месторождений (скважины, насосные установки, агрегаты системы сбора и подготовки нефти и др.) многопараметрической микропроцессорной измерительной аппаратуры и систем искусственного интеллекта, в частности систем распознавания, самонастройки и саморегулирования;
- объединением их посредством различных каналов связи, в том числе спутниковых, иерархическими информационными сетями;
- подключением к этим сетям трехмерной динамической геолого-гидродинамической модели месторождения, ее уточнением на основе достоверных геолого-промысловых данных;
- созданием автоматизированных рабочих мест (АРМ) промыслового геолога, буровика, геофизика, технолога, мастера по добыче нефти, диспетчера по сбору и подготовке нефти и др.;
- обеспечением доступа через АРМ к достижениям индустрии Интернет-технологий.
В указанных инновациях - ключ к снижению уровня неопределенности знаний о текущем состоянии нефтегазового месторождения.
Другим актуальным направлением деятельности по обеспечению рационального недропользования является организация на каждом месторождении при строительстве скважин, проведении гидроразрывов пласта и других мероприятий технологического и экономического надзора, осуществляемого специальной службой - службой супервайзинга.
КИН зависит от многих факторов, обусловленных деятельностью большого числа подрядчиков, проводящих работы на нефтегазовом месторождении:
- от качества информации, поставляемой геологами и геофизиками;
- от того, какими скважинами и по какой сетке разбуривается месторождение;
- от технологии обеспечения притока нефти к скважине;
- от проектных решений по системе разработки месторождения;
- от применяемых техники и технологии скважинной добычи и методов воздействия на призабойную зону;
- от режимов эксплуатации скважин;
- от своевременности проведения текущих и капитальных ремонтов и многого другого.
Стремление к получению быстрой прибыли часто побуждает подрядчиков к экономии средств за счет снижения качества выполняемых работ, интенсификации нефтедобычи в нарушение установленных государством лицензионных требований и утвержденных технико-экономических обоснований (ТЭО) разработки. Это ведет к снижению КИН, быстрому обводнению месторождений и резкому росту себестоимости добываемой нефти в последующий период.
Ученый Совет РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина на заседании в апреле 2006 г. утвердил синергетическую образовательную технологию подготовки и повышения квалификации специалистов для рационального недропользования, реализуемую в новой среде обучения - на виртуальном нефтяном месторождении. Целью программы является кадровое обеспечение инноваций в нефтедобыче, направленных на увеличение объема извлекаемых запасов нефти за счет повышения качества управления разработкой нефтяных месторождений, связанных с информатизацией и интеллектуализацией нефтяных промыслов и созданием в отрасли системы супервайзинга.
Как показывает мировой опыт, супервайзинг - это эффективный инструмент, позволяющий государственным органам и нефтегазовым компаниям направлять деятельность многочисленных подрядчиков в единое русло рационального недропользования. Целесообразность создания служб супервайзинга, обеспечивающих надзор за соблюдением подрядчиками лицензионных требований, государственных стандартов, требований ТЭО и проектной документации, сегодня никем не оспаривается. От спе-циалистов-супервайзеров требуется видение всего поля работ по освоению нефтегазовых месторождений в их последовательности и взаимосвязи, при понимании их содержания, проблематики, экономики, владении информацией о современных технологиях. Отсутствие в стране системы подготовки супервайзеров нефтедобычи является одной из причин многочисленных нарушений лицензионных требований, ошибок при реализации ТЭО, аварий, неоправданных капитальных вложений и эксплуатационных затрат, негативных воздействий на окружающую среду.
Для осуществления инноваций в нефтедобыче, обеспечивающих повышение КИН и связанных с информатизацией и интеллектуализацией нефтепромыслов и организацией служб супервайзинга, требуются адекватные инновации в системе подготовке специалистов нефтегазового профиля. В стране имеется опыт создания отдельных интеллектуальных нефтяных промыслов с использованием преимущественно импортных скважинной электроники, коммуникационных каналов связи, программного обеспечения. Рынок изобилует предложениями технических средств и программных продуктов, с помощью которых можно продвигаться в данном направлении. Однако этого мало. Нужны специалисты: одни, чтобы осуществлять инновационную деятельность по интеллектуализации процессов нефтедобычи, другие, чтобы работать на интеллектуальных месторождениях. Кадровый дефицит - одна из главных причин нашей медлительности в информатизации и интеллектуализации систем нефтегазодобычи.
Стажировка в западных компаниях нескольких десятков специалистов не позволяет решить проблему. Ставку необходимо делать на кадры, подготовленные в российских вузах.
По мере информатизации промысла специалист-нефтяник все более отдаляется от прямого контакта с технологическим оборудованием, рычагами и кнопками управления. Среда его деятельности - информационная, и в ней он выступает одновременно как приемник, детектор, преобразователь, генератор и транслятор информации.
Сегодня в подготовке специалистов нефтегазового профиля продолжает доминировать предметный, а не деятельностный ход. Студенты осваивают лишь отдельные составляющие деятельности инженера-нефтяника. Из-за отсутствия необходимой информационной среды обучения, моделирующей реальную информационную среду деятельности современного специалиста, они не могут овладеть многими важными профессиональными навыками. Студенты, как и в прежние годы, получают в вузе глубокие знания по отдельным дисциплинам, учатся решать, в том числе с использованием компьютерных технологий, типовые задачи, встречающиеся в инженерной практике. Однако их слабо ориентируют на реальную практическую деятельность в заданных временных рамках, во взаимодействии с другими специалистами, работе в «команде», с необходимостью оперативно принимать решения во внештатных ситуациях при недостатке информации для ее анализа. Это не предусмотрено традиционной схемой обучения "лекции - лабораторный практикум - семинарские занятия, консультации, курсовое и дипломное проектирование, практики, самостоятельные для каждой специальности». В результате возрастает неудовлетворенность работодателей практической составляющей подготовки современных молодых специалистов.
Предметный подход к обучению закреплен действующими государственными образовательными стандартами, закрепляется структурой вузов - их делением на плохо взаимодействующие друг с другом кафедры, ответственные за отдельные предметы учебных планов. Деловые игры, другие активные методы обучения, производственные практики при всей их эффективности позволяют сформировать у выпускников лишь фрагментарное представление о деятельности в области разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений.
Позитивному изменению ситуации в подготовке специалистов, необходимых для создания и эксплуатации интеллектуальных тяных промыслов, способствуют современные информационных сетевые технологии, позволяющие создать в вузе интегрированную информациоптто модель нефтяного месторождения - виртуальное месторождение с Центром управления его разработкой. В Центре на основе организации учебного процесса в форме имитации реальной совместной деятельности специалистов различного профиля, предприятий и служб, ведущих разведку, проектирование разработки, разбуривание и эксплуатацию интеллектуального месторождения, удастся сформировать у выпускников вуза навыки деятельности в новой информационной среде системы нефтедобычи, развить необходимые профессиональные компетенции. Фактически речь идег о внедрении в вузовский образовательный процесс современных высоких технологий.
В РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина создан значительный задел данного инновационного проекта. В университете активно | используются в учебном процессе отдельные компоненты подобной информационной модели, в частности, инженерные компьютеризированные тренажеры ряда технологических процессов: геологическая модель-тренажер для подсчета запасов углеводородов (рис. 1), буровой тренажер (рис. 2), тренажер по испытанию скважин, тренажер текущего и
Кроме того, в 2005 г. с помощью ОАО «ЛУКОЙЛ» в университете создан учебно-научный полигон нефтепромыслового оборудования (рис. 4), на котором имеются пять экспериментальных скважин, скважинные насосные установки, устьевое оборудование, станок текущего и капитального ремонтов скважин. Указанные объекты в настоящее время оснащаются микропроцессорными измерительными системами и средствами телеметрии, что дает возможность использовать их в учебном процессе как элементы физической модели интеллектуального промысла и реализовать новые технологии обучения, например технологию интерактивно-производственного обучения.
Использование указанных технологий предусмотрено в магистерских программах: «Моделирование природных резервуаров углеводородов и проектирование их разработки», которую университет с 1998 г. реализует в рамках направления «нефтегазовое дело» совместно с Французским институтом нефти, и «Разработка месторождений горизонтальными скважинами».
Компьютеризированный буровой тренажер получен по выигранному университетом гранту Европейского Союза по проекту Tacis. Он используется при подготовке инженеров-буровиков и магистров по программе «Бурение горизонтальных скважин», а также в системе дополнительного профессионального образования по программе «Предупреждение и ликвидация газо-нефтеводопроявлений при бурении и капитальном ремонте скважин» с выдачей выпускникам международного сертификата International Well Control Forum «Drilling Supervisor Certificate» (сертификат бурового супервайзера).
Инновационным проектом предусматривается объединить имеющиеся в университете компьютерные тренажеры и созданные на их основе АРМ бурового мастера, промыслового геолога, геофизика, мастера текущего и капитального ремонтов скважин посредством локальной сети, дополнить недостающими элементами и разработать необходимое программное обеспечение. В результате в университете будет создана новая среда обучения - вирту-альное нефтяное месторождение. Перечисленные АРМ виртуального месторождения будут связаны с кафедральными учебными и научными лабораториями, которые в процессе обучения студентов на виртуальном месторождении должны функционировать как проектные и исследовательские организации, выполняющие экспресс-анализ геолого-геофизических данных, уточняющие проектные задания и параметры и др. Кроме того, предусматривается связь АРМ с учебно-научным полигоном нефтепромыслового оборудования и супервайзерами, работающими на действующих месторождениях, и с ее помощью проводится интерактивно-производственное обучение студентов (это отработано на месторождениях ОАО «НК «Роснефть» и ОАО «Славнефть»).
Физически виртуальное месторождение (рис. 5), АРМ специалистов и служб, осуществляющих управление нефтяными промыслами (компьютеры, средства визуализации, коммутаторы и другие технические средства, на которых установлено соответствующее программное обеспечение), сосредоточиваются в специально оборудованном учебном зале - Центре управления разработкой нефтяных месторождений (ЦУРМ) (рис. 6).
Подготовка специалистов, необходимых для создания и эксплуатации интеллектуальных нефтяных месторождений, будет проводиться как по имеющимся в вузе нефтегазовым специальностям и направлениям, так и по новым образовательным программам. В частности, в магистратуре открывается новая программа «Управление разработкой нефтегазовых месторождений», для обучения по которой принимаются лица, имеющие дипломы:
- бакалавра по направлениям «нефтегазовое дело», «прикладная геология», «технология геологической разведки», «оборудование и агрегаты нефтяной и газовой промышленности»;
- инженера по специальностям «бурение нефтяных и газовых скважин», «геология нефти и газа», «геофизические методы исследования скважин», «геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», «разработка и эксплуатация нефтяных и газовых скважин», «машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности».
В университете разработана модель процесса подготовки супервайзеров нефтедобычи в системе дополнительного профессионального образования с использованием технологии интерактивно-производственного обучения и созданного в университете АРМ супервайзера. Она органично встраивается в информационную модель нефтяного месторождения (виртуального месторождения) и дополняет ее. В создаваемую информационную систему включаются также компьютеризированные установки для экспресс-анализа поступающей новой информации о нефтяном пласте по результатам анализа кернов, данных о физико-химических параметрах нефти, эффективности химических реагентов применяемых для интенсификации нефтедобычи, и др.
В системе дополнительного профессионального образования открывается 1000-часовая программа «Cyпервайзинг в нефтедобыче», на которую принимаются специалисты с дипломом бакалавров или инженеров по указанным направлениям и специальностям и производств опытом работы в нефтедобыче.
Учебный процесс по указанным программам включает четыре основных компонента.
1. Компетентностный. Принятые на обучение лица имеют образование по различным нефтегазовым специальностям. Чтобы у них по завершении обучения сформировалось единообразное видение процесса освоения месторождений во всей его многоаспектности, сложности, стадийности с присущими ему конфликтами интересов субъектов хозяйственной деятельности предусматривается следующее. Из набора мультидисциплинарных курсов по основным видам деятельности по освоению нефтяных месторождений («геофизическая разведка», «геологическое моделирование и подсчет запасов», «проектирование и строительство скважин», «гидродинамическое моделирование залежи», «анализ фактического состояния разрабатываемых объектов», «экология нефтегазодобычи», «управление проектами» и др.) каждый обучающийся под руководством преподавателя-наставника выбирает и индивидуально изучает те, которые ему необходимы в дополнение к имеющемуся образованию.
2. Аналитический. На групповых занятиях на виртуальном нефтяном месторождении в ЦУРМе, проводимых по принципу «разбор полетов», обучающиеся с участием преподавателей-наставников выполняют комплексный разбор реализованных проектов по освоению месторождений углеводородов с акцентом на достигнутые КИН, экономические и социальные итоги, экологические последствия. При этом обучающимся предлагается оценивать решения, принимавшиеся в каждой из подсистем проектов: геологической, буровой, промысловой, инвестиционной и других, а также рассматривать альтернативные варианты.
3. Деятелъностный. С его помощью обучающиеся осваивают основные виды проектной (с использованием геолого-гидродинамической модели месторождения) и эксплуатационной (непосредственно на АРМ виртуального месторождения в Центре управления разработкой виртуального месторождения) деятельности в ее реальных формах, т.е. в условиях взаимодействия различных служб и необходимости находить согласованные решения, заданных временных рамок, работы в «команде» и др.
4. производственно-интерактивный. Реализуется с помощью информационных каналов, в том числе спутниковых, связывающих АРМы виртуального месторождения с АРМами реального разрабатываемого месторождения (практикуется в университете при подготовке горных инженеров совместно с ОАО «Славнефть» и ОАО «НК «Роснефть»).
Наряду с обучением на виртуальном месторождении магистрантов программы «Управление разработкой нефтяных месторождений» и слушателей программы дополнительного профессионального образования (ДПО) «Супервайзинг в нефтедобыче» инновационная образовательная программа университета предусматривает циклы групповых совместных занятий в ЦУРМе для всех студентов, обучающихся по инженерным программам на различных нефтегазовых специальностях, и для всех магистрантов, обучающихся по направлениям «Нефтегазовое дело», «Геология и разведка полезных ископаемых», «Технологические машины и оборудование», «Экономика», «Менеджмент». Благодаря этому все выпускники нефтегазовых специальностей и направлений РГУ нефти и газа им И.М. Губкина оказываются подготовленными к работе по созданию и эксплуатации интеллектуальных месторождений, направленной в конечном счете на рациональное недропользование и повышение КИН.
Завершая изложение существа инновационной образовательной программы губкинского университета, еще раз подчеркнем, что инновационность образовательной программы губкинского университета определяется:
- ее целевой функцией - обеспечением инноваций в разработке нефтяного месторождения, направленных на повышение КИН и рациональное недропользование;
- организацией подготовки для нефтедобывающей отрасли системно подготовленных специалистов по управлению разработкой интеллектуальных нефтяных месторождений;
- созданием новой среды (виртуального нефтяного месторождения) обучения студентов специальностей и направлений нефтегазового профиля;
- последовательным использованием деятельностного метода обучения студентов указанных специальностей и направлений, позволяющего обеспечить приобретение ими необходимых профессиональных компетенций, навыков и умений практической работы по проектированию и управлению разработкой интеллектуальных нефтяных месторождений;
- созданием модели актуального для рационального недропользования вида деятельности - супервайзинга в нефтедобыче, а также соответствующей модели подготовки в вузе супервайзеров на основе системы дополнительного профессионального образования и с использованием виртуального месторождения;
- переориентацией отдельных научных исследований и разработок университета на решение единой проблемы - повышение КИН.
Синергизм разрабатываемой образовательной технологии обеспечивается тем, что в учебном процессе реализуются принципы мультидисциплинарности и деятельностная технология обучения. Их сочетание дает возможность приобрести выпускнику принципиально новые качества профессиональной подготовки - системное видение всего комплекса работ по освоению нефтяных месторождений и управлению нефтедобычей в их взаимосвязях и последовательностях с пониманием их содержания, ресурсного обеспечения, влияния принимаемых решений на КИН, экономику.
Отработка в университете - базовом вузе учебно-методического объединения по нефтегазовому образованию - новой технологии обучения студентов и слушателей системы ДПО в информационной среде, моделирующей реальную среду деятельности (виртуальное месторождение, виртуальный нефте- или газопровод, виртуальный нефтеперерабатывающий завод и др.), позволяет в последующем внедрять ее как отдельный, тиражируемый образовательный модуль в системе высшего нефтегазового образования.
Разработка и предложения нефтегазовым компаниям широкого спектра ориентированных на бакалавров 1000-часовых программ ДПО с присвоением дополнительной квалификации «менеджер нефтегазового предприятия», «специалист по горизонтальному бурению», «специалист по геонавигации в бурении», «супервайзер нефтедобычи» и др. -это реальный и эффективный путь адаптации системы высшего нефтегазового образования к новым задачам, решаемым высшей школой страны в рамках Болонского и Копенгагенского процессов.
Совет попечителей РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина видит одной из основных текущих задач своей деятельности оказание университету всемерной поддержки для реализации его главной инновационной образовательной программы.
А.И. Владимиров, ректор РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
В.И. Грайфер, генеральный директор ОАО «РИТЭК», председатель Совета попечителей РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
Список литературы
Журнал «Нефтяное хозяйство» № 5, 2006