Когнитивная инженерия

Интеллектуальный анализ геофизических данных при геологоразведке и разработке месторождений

Цифровой керн:

• Создание прототипа ПО для моделирования многофазного вытеснения жидкости в поровом пространстве керна
• Адаптация к низкопроницаемым породам с учетом нанопористости (ачимовские отложения)
• Валидация на экспериментальных данных

Область применения:

• Создание и оптимизация технологий разработки низкопроницаемых коллекторов
• Химические и газовые МУН
• Оптимизация технологий захоронения СО2

Консорциум исполнителей:

• Сколтех – лабораторные эксперименты
• ИГиЛ СО РАН, ИНГГ СО РАН, СФУ – математическое моделирование
• ИВМиМГ СО РАН – оптимизация кода
• Сириус – вычислительные ресурсы

Инструменты работы с авто-ГРП:

• Создание прототипа ПО для моделирования гидроразрыва пласта на нагнетающих скважинах
• Инструменты анализа данных разработки

Область применения:

• Подбор оптимальных режимов работы системы поддержания пластового давления
• Оптимизация системы нагнетательных скважин с учетом авто-ГРП
• Снижение CAPEX, непроизводительных закачек и обводнения пласта

Консорциум исполнителей:

• ИГиЛ СО РАН – математическое моделирование

Оценка запасов при обработке сейсмики

• Создание инструментария оценки запасов на этапе обработки данных сейсморазведки
• Новые подходы «сквозной» работы сейсмиков и геофизиков при моделировании нефтегазовых систем

Область применения:

• Повышение качества обработки сейсмоданных с учетом геологического моделирования
• Адаптация геологической модели на этапе обработки сейсмоданных

Консорциум исполнителей:

• ИНГГ СО РАН –, анализ данных, математическое моделирование

Платформа дизайна олигонуклеотидов для высокопроизводительного секвенирования

Технологический барьер

• Недостаточный уровень технологической готовности для развития импортозамещения ключевых компонентов для высокопроизводительных методов молекулярной диагностики и генной терапии

Технологическая платформа

• Платформа для высокоточного синтеза и контроля качества олигонуклеотидов и ДНК-фрагментов для синтеза генов

Продукты и сервисы:

• Реагенты для всех видов молекулярной диагностики
• Компоненты пробопоподготовки и таргетные панели для высокопроизводительного секвенирования
• Синтетические генетические конструкции (синтез генов de novo)
• Реинжиниринг терапевтических препаратов на основе нуклеиновых кислот

Образовательные и технологические пространства:

• Биоинформатический отдел
• Площадка по высокоточному синтезу олигонуклеотидов;
• Площадка для проведения высокопроизводительного секвенирования и сборки конструкций/синтез генов.

Дорожная карта реализации проекта:

2023 - создание алгоритмов дизайна таргетных ПЦРпанелей для проведения высокопроизводительного секвенирования

2023 - Алгоритмы дизайна панелей на основе гибридизационного обогащения для высокопроизводительного секвенирования

2023 - Постановка методики синтеза олигонуклеотидов под заданные параметры качества

2023 Разработка пилотных таргетных ПЦР-панелей и пилотных систем обогащения на основе гибридизации

2024 Автоматизация алгоритмов анализа данных, развитие технологии синтеза и масштабирование производства.

2024 Разработка таргетных панелей высокой плотности.

2025 Производство олигонуклеотидов для нужд фармацевтической промышленности

Разработка микрофлюидных и сенсорных систем для портативной медицинской и ветеринарной диагностики

Технологический барьер:

• Отсутствие в России технологий производства в промышленных объемах компонентной базы (полимерных пленок) для микрофлюидики и биосенсорики

Технологическая платформа

• Платформа создания полимерных пленок с модифицированной поверхностью под отдельные продуктовые линейки

Продукты и сервисы:

• Прототипирование микрофлюидных технологий
• Реверс-инжиниринг технологий производства полимерных пленок
• Технологии модификации полимерных пленок с целью придания им требуемых поверхностных свойств
• Подбор и разработка оборудования для производства полимерных пленок
• Запуск технологического процесса производства гидрофильных полимерных пленок в коммерчески значимых масштабах.

Технологические и образовательные пространства:

• Лаборатория модификации полимерных поверхностей
• Промышленное производство гидрофильных полимерных пленок
• Опытное производство образцов и микрофлюидной продукции

Дорожная карта реализации проекта:

2023 - Разработка методов модификации поверхности полимерных пленок для увеличения гидрофильных свойств

2023 - Анализ импортных плёнок и опытных образцов. Разработка методики контроля качества плёнок

2024 - Выбор и верификация полученных образцов

2024 - Создание оборудования для обработки промышленных партий ПЭТ

2025 - Выпуск плёнок и сенсоров на их основе

2026 - Технологическая оптимизация производства гидрофильных плёнок

2028 - Создание гидрофильных плёнок на основе других пластиков

2030 - Разработка новых направлений для применения гидрофильных плёнок

Разработка новых направлений для применения гидрофильных плёнок

Барьер:

Технологические процессы состоят последовательных этапов без обратной связи: измерения, интерпретация измерений, построение моделей и принятие решений для оптимизации процессов. Такая структура накапливает ошибки и не способна к адаптации.

Технологическая платформа:

Объединение процессов измерения, интерпретации измерений и принятию решений по оптимизации процессов на основе программно-аппаратной платформы.

Продукты и сервисы:

Системы мониторинга и поддержки принятия решений (системы сбора геофизической информации, облачное/серверное программное обеспечение по комплексной интерпретации данных).

Новые технологические пространства:

• Лаборатория/полигон для тестирования и доработки аппаратуры
• Отдел дизайна и разработки программных продуктов

Сервис геофизического мониторинга:

• Интенсификации добычи (гидроразрыв, тепловые и химические МУН);
• Полигонов захоронения СО2;
• Разработки месторождений углеводородов;
• Разработки месторождений твердых полезных ископаемых (уголь, рудные и т.д.);
• Инфраструктурных объектов в сейсмоактивных районах и районах вечной мерзлоты (трубопроводы).

Дорожная карта реализации проекта:

Разработка технологической платформы на примере задачи скважинного мониторинга гидроразрыва пласта:

Веха 1 (2023). УГТ 3-4. Создание средств тестирования и калибровки измерительной части системы. Разработка алгоритмов и программного обеспечения для обработки геофизических данных. Создание макета системы. Проведение лабораторных испытаний на мелкомасштабных моделях

Веха 2 (2024). УГТ 5-6. Создание экспериментального образца системы в реальном масштабе. Реализация возможности уточнения моделей в реальном времени и выдачи рекомендаций по оптимизации технологических процессов.

Веха 3 (2025). УГТ 7-8. Разработка сервера (облачного сервиса) принятия решений и настройка системы оперативных оповещений. Демонстрация опытного образца в реальных условиях эксплуатации.

Веха 4 (2030). УГТ 9. Ввод системы в эксплуатацию на реальном месторождении. Создание других продуктов на основе технологической платформы.

Организация пилотных зон космической связи для сервисов передачи данных из удаленных, труднодоступных и обширных территорий

Разработка и апробация элементов сквозной технологии спутникового интернета вещей путем создания пилотных зон передачи данных из удаленных и обширных территорий

Дорожная карта

2023 - разработаны наземные терминалы/датчики для использования в проектируемых сетях "космического IoT";

2024 - обеспечена совместимость орбитальных терминалов с существующими стандартами организации наземного IoT (например, LoRaWAN);

2025 - демонстрация работы пилотной зоны передачи данных на предприятиях арго-промышленного комплекса через космический IoT;

2026-2030 - вывод на орбиту дополнительных собственных малых космических аппаратов-демонстраторов технологии.

Платформенные решения для построения, мониторинга и управления бортовыми автоматизированными системами авиационного и космического назначения

Анализ выбросов на нефтегазовых месторождениях

Современные технологии нефте-газодобычи дают возможность обеспечения практически нулевых выбросов побочных продуктов в атмосферу, тем не менее, на многих активах по-прежнему происходит сжигание попутного газа, выбросы метана и других газов. Особенно опасными являются выбросы сероводорода, ядовитые для человека. В проекте будет разработан программно-аппаратный комплекс, позволяющий в реальном времени вести распределенный мониторинг месторождения, получать данные о выбросах различного типа газов, представлять эти данные в виде удобного ГИС-интерфейса и рассчитывать прогноз распространения облака загрязнений на период до +2 часов. Комплекс будет снабжен возможностью использования технологии LPWAN спутникового интернета вещей для передачи данных из северных регионов ил в отсутствии надежных каналов связи. Комплексное решение будет осуществляться с партнерами проекта, при этом на стороне НГУ будет адаптация систем под задачи нефтегазовой отрасли, анализ и обработка данных с сенсоров, расчет распространения облака загрязнений, разработка систем искусственного интеллекта для поддержки принятия решений, разработка системы спутниковой связи.

Интеллектуальный анализ геофизических данных в процессах разработки полезных ископаемых

Технологический барьер:

• Отсутствие дешевой технологии распределенного сбора данных и мониторинга параметров для задач автоматизации и оптимизации процессов добычи и транспортировки, создания безлюдных месторождений, создания полигонов улавливания и хранения CO2 в пластах, автоматического контроля безопасности инженерных сооружений (трубопроводов, хранилищ).

Продукты и сервисы:

Система геофизического мониторинга, управления и поддержки принятия решений «под ключ» для:

• разработки месторождений углеводородов;
• полигонов захоронения СО2;
• разработки месторождений твердых полезных ископаемых (уголь, рудные и т.д.);
• инфраструктурных объектов в сейсмоактивных районах и районах вечной мерзлоты (трубопроводы).

Математическое моделирование процессов интенсификации нефтедобычи

Технологический барьер:

Современные технологии нефтедобычи из сложных коллекторов требуют основаны на применении различных методов стимуляции пласта: гидроразыв (ГРП), химических и газовых методов увеличения нефтедобычи (МУН) и других. Оптимизация разработки основана на предварительном компьютерном моделировании для выбора наилучшего дизайна каждой операции. Сложность описываемых физических процессов и совершенствование измерительной аппаратуры требует постоянного развития математических моделей.

Технологическая платформа:

В проекте будут построены новые численно эффективные модели ГРП, учитывающие термо-пороупругие и другие физические эффекты, необходимые для корректного решения практически важных задач контроля авто-ГРП на нагнетающих скважинах, оптимизации дизайна повторного ГРП, оптимизации системы заводнения. Будут построены модели цифрового керна - динамики многофазного флюида в поровом пространстве керна с учетом минерального состава керна, наличия субмикронной пористости, обмена компонентами флюида между фазами. На этапе 2023-24 гг. модели будут расширены для учета химических реакций, что важно, в частности, для подбора компонентов и параметров воздействия химических и газовых МУН. моделирования взаимодействия горных минералов и пластовых флюидов с закачиваемой в пласт жидкостью при захоронении вредных веществ.

Продукты и сервисы:

• Компьютерные модели раскрытия трещин гидроразыва с учетом термо- и пороупругих эффектов, процессов смешивающегося вытеснения многокомпонентных флюидов в поровом пространстве горной породы. В моделях будут учтены реальные факторы кинетики химических взаимодействий, механики разрушения материалов;
• Программные продукты и модули оптимизации системы заводнения с учетом авто-ГРП, расчета операции повторного ГРП, вычисления ОФП и других характеристик по цифровой модели керна;
• Методики оптимизации разработки с применением третичных методов интенсификации нефтедобычи, в том числе, для трудоноизвлекаемых запасов баженовской и доманиковской свит, ачимовских отложений;
• Инженерные продукты для оптимизации системы разработки нефтегазовых пластов, а также проектирования объектов захоронения СО2;
• Программные продукты в смежных областях: микрофлюидная биосенсорика, химические реакторы, атомная промышленность.

Система подготовки передовых инженерных кадров

В образовательной деятельности ПИШ нацелен на кадровое обеспечение формируемой экосистемы разработок, включая партнеров из малого и среднего бизнеса, инжиниринговые компании, академические институты, создаваемые в ПИШ продуктовые компании. Наши студенты, обладая базовой фундаментальной подготовкой, в процессе обучения получают необходимую предметную фокусировку и общеинженерные компетенции. Ключевым элементом образования и воспитания студента является проектная деятельность по созданию реального продукта. При выполнении проекта студент помимо практического опыта находится в условиях, развивающих его субъектность, рефлексию и ведущих к становлению мышления.

Система создания технологических платформ – решений

Деятельность ПИШ построена на выявлении совместно с партнерами технологических барьеров отраслей и формирования в ПИШ уровня технологической готовности для их преодоления. Формируемые при этом технологические платформы служат основой конкретных продуктовых линеек, которые выводятся на рынок через продуктовые компании.

ДПО для студентов

Программы дополнительного образования и повышения квалификации для профессорско-преподавательского состава передовых инженерных школ, а также образовательных организаций высшего образования, реализующих образовательные программы инженерного профиля:

Быстрое прототипирование в пакете FreeFEM++

Метод конечных элементов (МКЭ) является одним их наиболее используемых способов численного решения задач математической физики и широко применяется в современных вычислительных пакетах (ANSYS, MSCMARC, Comsol Multiphysics и многие другие). Владение МКЭ входит в основной цифровой инструментарий современного инженера-механика или ученого-исследователя в области механики сплошных сред. Пакет FreeFEM++ является одним из Open-source программных продуктов, позволяющих применять МКЭ к произвольным системам дифференциальных уравнений и геометриям областей.
Подробнее

Основы оптоволоконной сенсорики

Междисциплинарная образовательная программа направлена на формирование базовых разносторонних знаний в области создания и использования оптоволоконных измерительных систем. Подробно рассмотрены типы рассеяния света в волокне и связанные вопросы создания на их основе датчиков измерения температуры (DTS), акустических волн (DAS), деформации (DSS). Фокус лабораторных работ сделан на задачи нефтегазовой отрасли и мониторинга конструкций.
Подробнее

Научные основы моделирования гидроразрыва пласта

Гидроразрыв пласта (ГРП) является ключевой технологией для интенсификации нефтедобычи. Технология включает обязательную операцию моделирования и подбора параметров для конкретной скважины. Курс посвящен обзору физических процессов при ГРП и описывающих их математических моделей. Он будет полезен инженерам ГРП, сотрудникам НТЦ нефтяных и нефтесервисных компаний, а также исследователям.
Подробнее

Введение в проектное машинное обучение

Цель курса - введение в область знаний анализа больших данных, с привязкой к бизнес-задачам. Освоение курса позволит обучающимся: проводить постановку задач анализа данных; разрабатывать требования к проекту анализа данных и к его результатам; обосновывать применение методов машинного обучения в бизнес-задачах; понимать возможности технологий машинного обучения при проведении бизнес-анализа и их ограничений; подготовить и реализовать проект по анализу данных с применением машинного обучения.
Подробнее

Технологические применения методов искусственного интеллекта

Курс направлен на ознакомление с различными методами машинного обучения, формирование представление о том, что машинное обучение — это не «магия», а инструмент прикладной математики со своими достоинствами и недостатками. Курс дает возможность «своими руками» решить разнообразные задачи анализа данных различными методами машинного обучения - от простых линейных моделей до современных нейронных сетей, а также объясняет в теории и на практике различия методов и границы их применимости.
Подробнее

Для организаций

Contrary to popular belief, Lorem Ipsum is not simply random text. It has roots in a piece of classical Latin literature from 45 BC, making it over 2000 years old. Richard McClintock, a Latin professor at Hampden-Sydney College in Virginia, looked up one of the more obscure Latin words, consectetur, from a Lorem Ipsum passage, and going through the cites of the word in classical literature, discovered the undoubtable source. Lorem Ipsum comes from sections 1.10.32 and 1.10.33 of "de Finibus Bonorum et Malorum" (The Extremes of Good and Evil) by Cicero, written in 45 BC. This book is a treatise on the theory of ethics, very popular during the Renaissance.