Р.А. Валиуллин, Заведующий кафедрой геофизики УУНиТ
Уфимский университет науки и технологий был организован 1 ноября 2022 года в результате объединения двух крупных ВУЗов Республики Башкортостан - Башкирского государственного университета и Уфимского государственного авиационного технического университета - на основании приказа Министерства науки и высшего образования РФ. Геофизическое направление возникло и развивалось в Башкирском государственном университете (БашГУ).
Потенциал любой отрасли промышленности в значительной степени определяется наличием подготовленных кадров, а также способностью высшей школы обеспечивать их воспроизводство и пополнение с учетом требований современного развития общества. Геофизика является одной из наиболее наукоемких и динамично развивающихся специальностей, интегрирующих достижения ряда фундаментальных и прикладных наук. Поэтому появление геофизического направления на физическом факультете Башкирского государственного университета вполне обоснованно и закономерно.
Геофизика за последние десятилетия развилась в сумму наук о физике Земли, моря, атмосферы и ближнего космического пространства. Наряду с «большой геофизикой» развивается и прикладная геофизика, включающая в себя электрические, гравиметрические, сейсмические и другие методы изучения разреза без специального бурения (полевая геофизика). Кроме того, к прикладной геофизике относятся физические методы изучения пород, пройденных скважиной, без извлечения образцов кернов и физические методы диагностирования состояния скважин и пластов в процессе их эксплуатации и освоения.
Специалистов по прикладной геофизике готовят в нефтяных и геолого-разведочных вузах на геологических факультетах. Единственным университетом, где на физическом факультете осуществляется подготовка в области нефтяной промысловой геофизики, является Уфимский университет науки и технологий. Геофизическое направление здесь основано в 1964 г. И.Л. Дворкиным (1929 – 1987), в тогда еще Башкирском государственном университете.
Объективной предпосылкой для развития этого направления явилось то, что Башкирия была и остается признанным научным центром в области геофизических методов исследования нефтяных и газовых скважин. Здесь функционируют два научно-исследовательских института, охватывающие направления теории и эксперимента в различных областях геофизики, находятся заводы и предприятия геофизического приборостроения и оборудования, крупнейшее в стране объединение АО «Башнефтегеофизика». Кафедра геофизики УУНиТ ориентирована на подготовку кадров в сферу науки, образования и высоких технологий нефтегазового сервиса. При этом, обучение студентов основано на фундаментальной подготовке по физике, математике и IT (углубленное изучение всего комплекса вопросов, связанных с применением компьютеров в геофизике) в сочетании со специальными курсами.
При подготовке специалистов одним из наиболее важных вопросов в вузе является вопрос - чему учить студентов. Главными здесь являются циклы специальных дисциплин. Содержание дисциплин и форма их реализации базируется на важном принципе, которым мы, как выпускающая кафедра, руководствуемся в своей деятельности: кого, для какой работы и для каких предприятий мы готовим. Исходя из этого, содержание специальных курсов, учитывая потребности индустрии в конкретных специалистах, корректируется и изменяется при участии сотрудников базовых предприятий.
Так, например, было и со специальными курсами на кафедре по информационным технологиям в геофизике. Этому поспособствовало то, что геофизическая отрасль с начала 90-х годов прошлого века претерпела революционные изменения, как в системе получения информации, так и в системе ее хранения, обработки и представления конечного результата. Это связано с компьютеризацией процессов регистрации, сбора, обработки и хранения информации. В геофизике это особенно заметно и важно, поскольку речь идет о больших массивах многопараметрических данных.
В свою очередь, столь разительные изменения в отрасли были связаны с изменениями в государстве в целом. Открытие границ и рыночные отношения привели к появлению у нас в стране известных западных фирм, значительно продвинувшихся в этих областях. При достаточно хорошем нашем методическом уровне стало сильно заметно отставание в технической части. В этой ситуации отечественные научные подразделения и организации интенсивно занялись разработкой цифровой техники, систем автоматизированной регистрации и обработки данных. В результате, в достаточно короткие сроки на производстве стали появляться соответствующая аппаратура и программное обеспечение отечественного производства. Однако при этом высветилось очень важное обстоятельство, которое стало главным тормозом в использовании этих новых современных разработок - отсутствие на производстве специалистов, способных осваивать и успешно применять их на практике. Именно это обстоятельство и заставило нас скорректировать направление подготовки студентов, что существенным образом отразилось на содержании спецкурсов, спецлабораторий и на научных направлениях кафедры.
В настоящее время, когда определен инновационный путь развития экономики страны, выделены приоритетные направления в науке, поставлена задача добиваться технологического суверенитета – технологий мирового уровня - возможность достижения положительных результатов также определяется наличием специалистов, способных разрабатывать и осваивать эти технологии.
Качество подготовки специалистов в вузе определяется, прежде всего, теми, кто учит, квалификацией преподавателей и научных сотрудников. При этом готовить хороших специалистов в вузе невозможно без активной научной работы преподавателей и сотрудников, осуществляющих учебный процесс. Это является важнейшим принципом образования на кафедре.
В настоящее время у нас работают 6 докторов наук, 5 профессоров, 12 кандидатов наук. Вместе с тем, для проведения занятий из центральных вузов, академии наук и ведущих геофизических компаний приглашаются крупные ученые и высококвалифицированные специалисты, используются лаборатории и учебные центры индустриальных партнеров. Люди, работающие на кафедре, это наше конкурентное преимущество. Это особый коллектив сотрудников и преподавателей, объединенных одной общей целью, доверяющих и поддерживающих друг друга. Этот дух был заложен И.Л. Дворкиным.
Для подготовки специалистов высшей квалификации на физическом факультете УУНиТ работают два специализированных совета по защите докторских и кандидатских диссертаций: 1.1.9 – механика жидкости газа и плазмы, председатель академик Нигматуллин Р.И.; 1.3.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника, председатель профессор Валиуллин Р.А.
На кафедре геофизики наука всегда была и остается приоритетной, поскольку стабильные договоры – залог успешных научных исследований и эффективного развития учебного процесса в вузе и, что очень важно, сохранения кадрового потенциала. Особенностью работы на кафедре является то, что все научные сотрудники принимают участие в учебном процессе, часть заработанных по договорам средств расходуется на расширение образовательной базы (приобретение лабораторного оборудования, компьютеров, оплата приглашенных преподавателей, организация спецпрактик, приобретение учебников и т. д.). На кафедре есть понимание того, что наука и образование - это тоже бизнес, и в любых условиях здесь можно хорошо зарабатывать тем, что мы можем делать профессионально, а студенты - часть нашего бизнеса. Очень важным при этом на кафедре становится принцип – студенту должно быть выгодно хорошо учиться, преподавателю должно быть выгодно хорошо учить. С этим, собственно, и был связан перевод преподавателей на 0.25 и 0.5 учебной ставки. Такое решение позволило преподавателям заниматься научными исследованиями по договорам (что приносит основную зарплату) и, в то же время, обеспечить эффективность преподавательской работы: увеличить количество специалистов, осуществляющих учебный процесс и, самое главное, сохранить научно-педагогический потенциал кафедры в лихие 90-ые годы. Это привело к положительным изменениям в структуре и содержании учебного процесса, а также в направлениях и результативности научных исследований.
В истории геофизической школы нашего университета можно выделить несколько крупных научных направлений, результаты которых широко известны в РФ и за рубежом, и в рамках которых учились и учатся студенческие поколения кафедры различных лет. Так, здесь было развито новое направление на стыке физики и математики - "Методы Монте-Карло (ММК) в физике и геофизике", которое условно можно назвать "вычислительная физика". Во главе этого направления стоял известный геофизик-теоретик И.Г. Дядькин. Создавались математические модели основных ядерно-геофизических методов, которые были реализованы на ЭВМ большого быстродействия. Были развиты и общие основы ММК, которые позволили до 10000 раз сократить необходимое для счета машинное время. Расчеты проводились большой группой преподавателей, сотрудников и студентов в самых крупных вычислительных центрах: СО АН СССР (Новосибирск), ОИЯИ (Дубна), ВЦ АН УССР (Киев) и др. В настоящее время в ряде организаций РФ и за рубежом действуют лаборатории и группы, где применяются методы, разработанные нашими учеными. Многие руководители и ведущие специалисты этих лабораторий – выпускники нашей кафедры.
Вторым крупным направлением, которое развивается на кафедре по инициативе И.Л. Дворкина практически с момента появления геофизики в университете по настоящее время, является скважинная термометрия (прикладная геотермия). Это направление связано с разработкой физических основ метода, аппаратуры и методики термических исследований скважин при их заканчивании, эксплуатации и ремонте. Высокий уровень и достижения наших сотрудников в этом направлении общепризнанны. Пособия, методики, технологии, первый в СССР серийный малогабаритный термометр, десятки кандидатских, шесть докторских диссертаций защищены, базируясь на термометрии. Результаты работ широко внедрены в крупнейших нефтяных районах РФ и СНГ, отмечены медалями и дипломами ВДНХ СССР, премиями Минвуза РСФСР и Главного управления геофизики Миннефтепрома СССР, отраслевой премией им. И.М. Губкина.
Скважинная термометрия оказалась очень перспективным научным направлением, и в настоящее время оно представляет большой интерес для науки и производства. Одним из последних новшеств нашей кафедры в этой области является разработка метода активной термометрии. Созданы математические модели, опытные образцы скважинной аппаратуры, выполнены физическое моделирование в лаборатории и опытно-методические работы в скважинах различных нефтяных месторождений. За работу «Новые технологии диагностики состояния скважины и пластов на поздней стадии разработки месторождений углеводородов на основе индукционного воздействия» в 2019 году сотрудники кафедры получили Государственную премию Республики Башкортостан в области науки и техники.
В 2021 году кафедра геофизики стала головным исполнителем темы в рамках содействия в реализации проекта по созданию высокотехнологичного производства для предприятий реального сектора экономики (ПП РФ №218 от 09.04.2010 г) с ТНГ-групп по теме «Создание интеллектуальной комплексной технологии исследования и интерпретации данных промыслово-геофизических исследований скважин, включая оптоволоконные измерения для контроля за разработкой нефтегазовых месторождений и экологического мониторинга состояния недр, на основе использования математического моделирования, машинного обучения, алгоритмов обработки и роботизированной аппаратуры индукционного воздействия».
В области развития скважинной термометрии можно отметить долговременный (более 20 лет) уникальный опыт совместного сотрудничества кафедры геофизики с Московским научным центром «Шлюмберже». Разработка симуляторов на основе создания новых математических моделей для количественной интерпретации термогидродинамических исследований скважин выполнялась в сотрудничестве с компанией «Тоталь Разведка и научно-исследовательские разработки» более 5 лет. Велись работы в области моделирования геотермических полей в рамках проекта с Центром добычи углеводородов Сколтех. В настоящее время мы успешно сотрудничаем с исследовательским центром «Арамко Иновейшинз» в области математического моделирования тепловых процессов в скважинах с распределенными датчиками температуры.
Другое научное направление, интенсивно развивающееся на кафедре с конца 80-х годов, связано с разработкой и применением информационных технологий для регистрации, обработки, интерпретации и хранения данных геофизических и гидродинамических исследований пластов и скважин. Развитие данного направления требовало первоначально больших затрат на приобретение дорогостоящих персональных компьютеров. Однако понимая, что этим направлением в дальнейшем будет определяться и подготовка студентов и наука на кафедре, мы пошли на затраты и, как показало время, не ошиблись. Летом 1990 года на свои средства были приобретены первые два персональных компьютера, которые сразу же оказались в поле, в нашей экспедиции. Там же впервые в РФ совместно с сотрудниками «ВНИИнефтепромгеофизика» была осуществлена цифровая регистрация результатов скважинных измерений на персональный компьютер. Причинами того, что все это было сделано так оперативно, были студенты, которые проходили практику на базе нашей экспедиции и принцип, которым мы всегда руководствуемся на кафедре – учить на новом и новому. В настоящее время нами разработаны и широко внедряются в различных геофизических и нефтегазодобывающих предприятиях, НИИ, вузах и колледжах Республики Башкортостан, Российской Федерации и ближнего зарубежья информационные системы «ПРАЙМ» (обработка и интерпретация данных промыслово-геофизических исследований скважин) и «ГИДРОЗОНД» (обработка результатов гидродинамических исследований скважин). Эти системы имеют государственный сертификат соответствия. Студенты, обучающиеся на кафедре геофизики, осваивают наши программные комплексы, и это позволяет им достаточно легко адаптироваться к производственной деятельности как в период практики, так и после распределения на работе.
В последние годы на кафедре разрабатываются симуляторы термогидродинамические – программное обеспечение для получения модельных распределений давления, температуры и расхода в многопластовой нагнетательной и добывающей скважине. Используются аналитические модели (симулятор AnSim) для описания процессов в квазистационарном приближении и численные модели (симуляторы Isim и Psim) для моделирования переходных термогидродинамических процессов в пластах и в стволе скважины. Симуляторы используются при планировании исследований и при интерпретации, в том числе количественной интерпретации с целью определения индивидуальных параметров работающих пластов и дебита (расхода) заколонного перетока.
Одним из эффективных методов увеличения КИН, как показывает практика, является бурение горизонтальных скважин, однако, геофизические исследования и интерпретация таких систем при их эксплуатации является достаточно сложной задачей. С 1999 года на кафедре были начаты работы по геофизическим исследованиям действующих горизонтальных скважин. Сложность решения задач в таких скважинах обусловлена расслоенным режимом течения многофазных потоков, существенным влиянием на характер потока траектории скважины, необходимостью использования для исследований специальной скважинной аппаратуры с распределенными датчиками и специальных средств доставки аппаратуры в скважину. В рамках этого направления для изучения особенностей расслоенного течения многофазных потоков в горизонтальных скважинах на кафедре был разработан первый в РФ гидродинамический стенд, по своим возможностям отличающийся от известных в мире аналогов. Это направление в настоящее время активно развивается как в части математического моделирования, так и в части методико-интерпретационного и программного обеспечения.
Разрабатывая новые технологии очень важно для внедрения их в производство своевременно информировать о них специалистов нефтегазового сервиса. Большую роль здесь играют недельные школы–семинары, проводимые специалистами кафедры с середины 70–х годов. Такие семинары выполняют образовательные функции для производственников по типу повышения их квалификации. Эти семинары осуществляют связь науки и производства и обеспечивают внедрение наших разработок в практику. В настоящее время обучение осуществляется по восьми направлениям, включающим вопросы автоматизации обработки и количественной интерпретации промыслово-геофизических исследований с применением симуляторов, новые технологии при контроле за разработкой нефтяных месторождений, исследование действующих горизонтальных скважин, гидродинамических исследований скважин и другие.
Школы-семинары проводятся для специалистов нефтегазовой отрасли РФ и стран СНГ и определенным образом способствуют и привлечению абитуриентов к нам и распределению студентов после окончания обучения.
В традициях кафедры проведение студенческих конференций, участие студентов в региональных и международных конференциях, различных конкурсах и олимпиадах.
В последние годы кафедра ежегодно выпускает по 80-90 молодых специалистов, при этом осуществляется 100-процентное трудоустройство выпускников по специальности.
Разумное сочетание физико-математических и специальных дисциплин с современной информатикой, работа преподавателей по приоритетным направлениям науки, различные модели сотрудничества с научными и производственными предприятиями, позитивная обратная связь с выпускниками, существующие традиции в жизни кафедры в итоге способствуют гармоничному становлению грамотных и квалифицированных специалистов, готовых воспринимать инновации в жизни общества. Сегодня наших выпускников можно встретить на различных должностях практически во всех производственных и научных геофизических предприятиях РФ, в проектных институтах нефтяных компаний, а также в сервисных компаниях ближнего и дальнего зарубежья.
Фирма НПФ "ГеоТЭК" специализируется на:
- разработке компьютерных технологий обработки данных ГИС и ГДИ;
- разработке технологий проведения и интерпретации ГИС при контроле разработки нефтегазовых месторождений,
- интерпретации данных ГДИ;
- интерпретации данных ГИС в бурящихся скважинах и определении параметров коллекторов для подсчета запасов;
- оцифровке архивных материалов ГИС и ГДИ.
Компьютерное моделирование:
- методы Монте-Карло в физике;
- конечно-разностные методы;
- перколяция и фракталы.
- прямые и обратные задачи подземной термогидродинамики;
- многофазная неизотермическая фильтрация в пористых средах;
- термогидродинамика многофазных потоков в трубах;
- теплофизические свойства горных пород и пластовых жидкостей;
- исследование датчиков физических полей.
Фирма НПФ "ГеоТЭК" осуществляет методическое сопровождение процессов геофизических и гидродинамических исследований скважин и интерпретации данных ГИС и ГДИ.
С целью внедрения новых разработок создается научно-методическая документация по обеспечению геофизических и гидродинамических исследований и интерпретации данных для конкретных регионов; проводится обучение специалистов (школы-семинары).
Обучение проводится по следующим направлениям:
- Геофизические исследования при освоении и эксплуатации скважин нефтяных месторождений;
- Геофизические исследования действующих горизонтальных скважин;
- Теоретические основы ГДИ. Методики исследований и интерпретации;
- Автоматизированная обработка ГДИ в нефтяных и газовых скважинах в системе Гидрозонд.
Одним из основных направлений деятельности фирмы является разработка программного обеспечения для обработки данных ГИС и ГДИ.
Наши разработки:
- Автоматизированная система обработки данных ГДИ "Гидрозонд";
- Интегрированная система ПРАЙМ