Построена структурно-функциональная карта регионального нефтегазового кластера Краснодарского края. С использованием бально-рейтинговой методики оценки инновационного потенциала получены оценки состояния предприятий кластера в текущий момент. Построены зависимости, характеризующие диффузию инновационного знания по хозяйственным и партнерским связям между предприятиями кластера и научно-производственной средой региона. На основе анализа бизнес-моделей, используемых предприятиями кластера разработан вероятностный подход к оценке и моделированию процесса трансформации материальных ресурсов предприятий в нематериальные. Построена имитационная модель и выполнена серия модельных экспериментов, позволяющая прогнозировать динамику наращивания инновационного потенциала производственной среды региона; выработаны практические рекомендации по параметрам оптимального управленческого воздействия на региональный нефтегазовый кластер.