Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở khoan (Mã môn học: KKT19MH33) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Công trình do ThS. Phạm Thị Nụ làm chủ biên cùng tác giả Hoàng Trọng Quang biên soạn, lưu hành nội bộ phục vụ công tác đào tạo.

Trong khung chương trình đào tạo nghề Khoan Khai thác dầu khí trình độ Cao đẳng, môn học có tổng thời lượng 45 giờ (gồm 42 giờ lý thuyết và 3 giờ kiểm tra). Môn học được bố trí giảng dạy sau môn Địa chất dầu khí (KKT19MH32) và là điều kiện tiên quyết trước khi học viên tiếp cận môn Cơ sở khai thác (KKT19MH34).

Mục tiêu học tập (Learning Outcomes) của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức (A1): Trình bày hệ thống khái niệm, thuật ngữ chuyên ngành khoan, cấu trúc giếng khoan, thông số hình học, nguyên lý hoạt động của các thiết bị trên giàn khoan và quy trình công nghệ thi công giếng.
  • Chuẩn kỹ năng (B1): Xây dựng và thiết lập được quy trình cơ bản thi công một giếng khoan dầu khí hoàn chỉnh từ mở lỗ đến kết thúc.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Rèn luyện tác phong làm việc khoa học, ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc và năng lực phối hợp làm việc nhóm trong môi trường kỹ thuật công nghiệp dầu khí.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo logic quy trình công nghệ thực tế với 4 chương chuyên đề: từ cơ sở lý thuyết, quy trình thi công, hệ thống thiết bị giàn khoan đến kỹ thuật khoan định hướng. Điểm đặc sắc của tài liệu là tích hợp các dữ liệu thực tế về đặc điểm dầu khí Việt Nam (mỏ Bạch Hổ, Tiền Hải C) cùng hệ thống sơ đồ kỹ thuật chi tiết mô phỏng chính xác hoạt động khoan trường.


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 4 chương chuyên đề mang tính liên kết logic chặt chẽ:

  • Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí (3 giờ): Cung cấp định nghĩa dầu thô, khí thiên nhiên (CNG, LNG, LPG); đặc điểm vật lý - hóa học của dầu thô Việt Nam (hàm lượng lưu huỳnh thấp 0,03–0,09%, tỷ trọng 0,83–0,85, parafin cao 15–27%, điểm chảy 22–30°C); định nghĩa và phân loại giếng khoan theo mục đích (tìm kiếm, thăm dò, thẩm lượng, khai thác, phụ trợ) và theo quỹ đạo không gian (thẳng đứng, xiên, ngang); các thông số giếng khoan gồm chiều sâu thẳng đứng (TVD), chiều dài đo dọc trục (MD), góc nghiêng ($\alpha$), góc phương vị ($\varphi$); nguyên lý các phương pháp khoan cơ học (khoan đập, khoan xoay rôto/động cơ đáy) và khoan thủy động lực bằng tia nước cao áp (20–200 MPa).
  • Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan (15 giờ): Phân tích các bước lập chương trình khoan dựa trên áp suất vỉa, áp suất vỡ vỉa và tính ổn định đất đá; kỹ thuật định vị giàn khoan ngoài khơi bằng vệ tinh theo hệ tọa độ phẳng UTM; xác định chế độ khoan (tối ưu, hợp lý, đặc biệt); công nghệ khoan từng đoạn giếng (lớp mặt, trung gian, đến mục tiêu); thao tác kỹ thuật tiếp cần, tháo cần dựng (cần đôi, cần ba); công nghệ thả cột ống chống (ống định hướng, ống bề mặt, ống trung gian, ống khai thác, ống lửng); công nghệ trám xi măng 1 tầng 2 nút và các phương pháp trám bổ sung, trám đặc biệt.
  • Chương 3: Giàn khoan và các hệ thống chính trên giàn khoan (19 giờ): Phân loại giàn khoan đất liền và giàn khoan biển (giàn cố định chân đế thép, giàn tự nâng Jack-up, giàn bán tiềm thủy Semi-submersible); khảo sát cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 5 hệ thống chính: hệ thống nâng hạ (tháp khoan chữ A/4 chân, cụm ròng rọc tĩnh - ròng rọc động, tời khoan, móc nâng, êlêvatơ); hệ thống quay cần (bàn rôto, cần chủ đạo Kelly, đầu xoay thủy lực Top Drive); hệ thống tuần hoàn dung dịch; hệ thống phát lực; hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá (choòng 3 chóp xoay, cần nặng, dụng cụ ổn định, dao nạo thành giếng).
  • Chương 4: Khoan định hướng (8 giờ): Khái niệm, phân loại và phạm vi ứng dụng của giếng khoan định hướng; thiết kế các dạng quỹ đạo giếng khoan (quỹ đạo chữ J, chữ J kéo dài, chữ S, chữ S cải biên); cấu tạo bộ khoan cụ chuyên dụng (BHA) và thiết bị định hướng; 3 nguyên lý kỹ thuật làm lệch quỹ đạo lỗ khoan gồm nguyên lý điểm tựa (tăng góc nghiêng), nguyên lý con lắc (giảm góc nghiêng), nguyên lý ổn định (giữ góc nghiêng); phân loại và ứng dụng của công nghệ giếng khoan ngang theo bán kính cong.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết cơ học phá hủy đất đá: Nguyên lý tác động cơ học trực tiếp (nén, cắt, nghiền, mài, nạo) của choòng khoan kết hợp động năng dòng dung dịch hoặc tia nước áp lực cao.
  • Nguyên lý cân bằng áp suất giếng khoan: Tương quan giữa áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch khoan với áp suất vỉa và áp suất vỡ vỉa nhằm duy trì độ ổn định thành giếng, chống sập lở và ngăn ngừa sự cố phun trào.
  • Nguyên lý thiết kế cấu trúc ống lồng: Quy tắc giảm dần kích thước đường kính theo chiều sâu; đường kính ngoài cột ống chống nhỏ hơn khoảng 20% so với đường kính giếng cùng cấp; kích thước dụng cụ phá đá nhỏ hơn 20% so với đường kính trong của cột ống chống trước đó.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Lập và tính toán các thông số chế độ khoan (tải trọng lên choòng, tốc độ quay, lưu lượng dung dịch); thiết lập trình tự các bước thả ống chống và tính toán thông số bơm ép vữa xi măng khoảng không vành xuyến.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu cột địa tầng, phân tích các yếu tố dị thường áp suất, nhận diện nguy cơ sập lở thành giếng, sét trương nở và tính toán hình học quỹ đạo giếng (TVD, MD, $\alpha$, $\varphi$).
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thực hiện đúng quy trình thao tác tiếp cần, tháo cần, vận hành khóa càng cua, thao tác gắn lồng định tâm, chổi nạo, đế dẫn hướng và van một chiều trên cột ống chống.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng phương pháp sư phạm tích hợp, kết hợp giữa bài giảng lý thuyết chuyên ngành với thảo luận tình huống kỹ thuật thực tế trên khoan trường.

  • Phương pháp giảng dạy: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực (nêu vấn đề, phát vấn, hướng dẫn đọc tài liệu chuyên ngành, phân tích sơ đồ công nghệ). Giảng viên chia lớp thành các nhóm nhỏ (2–3 học viên) để giao đề tài thảo luận và bài tập tình huống kỹ thuật.
  • Bài tập và tình huống (Case studies & Exercises): Học viên thực hiện các bài tập phân tích sơ đồ công nghệ trám xi măng 1 tầng 2 nút; tính toán khoảng dâng xi măng cách chân đế cột trước tối thiểu 100–150 m; so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa khoan xoay rôto và khoan Top Drive; giải quyết bài toán lựa chọn bộ khoan cụ BHA làm lệch góc theo nguyên lý con lắc hoặc điểm tựa.
  • Phương pháp đánh giá kết quả: Quy trình đánh giá tuân thủ Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội và quy chế đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí:
    • Điểm đánh giá thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%): Gồm 1 cột kiểm tra thường xuyên (hình thức hỏi đáp, quan sát sau 5 giờ học) và 2 cột kiểm tra định kỳ (hình thức tự luận hoặc trắc nghiệm sau 15 giờ học).
    • Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): Thực hiện sau 45 giờ bằng hình thức trắc nghiệm trên máy tính hoặc thi tự luận.
    • Thang điểm: Đánh giá theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.
  • Hướng dẫn tự học: Học viên bắt buộc phải nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp, tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết (nghỉ học quá 30% thời lượng lý thuyết phải học lại học phần). Các nhóm học viên tự phân công nghiên cứu, ghi chép và hoàn thiện báo cáo nhóm trước các buổi thảo luận.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính quy chuẩn học thuật: Giáo trình kế thừa và hệ thống hóa kiến thức từ các nguồn tài liệu đào tạo chuyên ngành uy tín trong nước như Cơ sở khoan và khai thác dầu khí của Lê Phước Hảo (Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh) và Kỹ thuật khoan dầu khí của tác giả Nguyen (Nhà xuất bản Giáo dục, 1995).
  • Cập nhật công nghệ khoan hiện đại: Cung cấp thông tin chi tiết về các thế hệ giàn khoan biển hiện đại (giàn tự nâng Jack-up, giàn bán tiềm thủy Semi-submersible), công nghệ truyền động đỉnh Top Drive, động cơ đáy điều hướng (PDM/tuabin) và hệ thống định vị vệ tinh phục vụ khoan biển theo hệ tọa độ phẳng UTM.
  • Chuyên đề khoan định hướng và giếng ngang: Bổ sung hệ thống phân loại giếng ngang theo bán kính cong và 3 nguyên lý biến đổi góc nghiêng của bộ khoan cụ đáy (BHA), phản ánh đúng xu hướng gia tăng tỷ trọng giếng khoan định hướng trong phát triển mỏ hiện đại.
  • Trực quan hóa cấu trúc công nghệ: Hệ thống 25 hình vẽ kỹ thuật và bảng biểu mô tả chi tiết: từ sơ đồ móc cáp ròng rọc, cấu tạo cần chủ đạo Kelly, đầu xoay thủy lực, choòng 3 chóp xoay, sơ đồ trám xi măng 1 tầng 2 nút đến các dạng quỹ đạo giếng khoan chữ J và chữ S.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Là giáo trình bắt buộc dành cho học viên và sinh viên hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề thuộc nghề Khoan Khai thác dầu khí và nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Học viên cần hoàn thành các môn học thuộc khối kỹ thuật cơ sở và cơ sở ngành trước khi học môn này, bao gồm:
    • An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01)
    • Vẽ kỹ thuật (CK19MH01)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MĐ06)
    • Hóa đại cương (CNH19MH09)
    • Địa chất cơ sở (KKT19MH31)
    • Địa chất dầu khí (KKT19MH32)
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn để thiết kế giáo án lý thuyết, giáo án tích hợp, thiết lập bảng kiểm đánh giá kỹ năng và xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra định kỳ, đề thi kết thúc môn.
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Phục vụ học viên và cán bộ kỹ thuật các ngành lân cận như Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí, Vận hành thiết bị chế biến dầu khí và kỹ thuật viên vận hành khai thác mỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn cho đối tượng nào?

Giáo trình là tài liệu bắt buộc cho học viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Khoan Khai thác dầu khí, Vận hành thiết bị khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho các ngành chế biến dầu khí liên quan.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận môn học?

Học viên cần hoàn thành các học phần tiên quyết gồm Địa chất cơ sở, Địa chất dầu khí, Vẽ kỹ thuật, Hóa đại cương và An toàn vệ sinh lao động theo quy định trong khung chương trình.

3. Giáo trình cung cấp những kiến thức kỹ thuật trọng tâm nào?

Tài liệu tập trung vào 4 nội dung trọng tâm: khái niệm thông số giếng khoan và phương pháp phá hủy đất đá; quy trình công nghệ thi công giếng (khoan, tiếp/tháo cần, thả ống chống, trám xi măng); cấu tạo các hệ thống thiết bị trên giàn khoan đất liền và giàn khoan biển; kỹ thuật khoan định hướng và giếng ngang.

4. Quy định về điều kiện dự thi và đánh giá môn học như thế nào?

Học viên phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết. Điểm tổng kết môn học gồm điểm quá trình thường xuyên/định kỳ (chiếm 40%) và điểm thi kết thúc môn học (chiếm 60%), chấm theo thang điểm 10 theo Thông tư 09/2017/TT-LĐTBXH.

5. Những tài liệu tham khảo chính nào được sử dụng trong giáo trình?

Giáo trình dựa trên các tài liệu tham khảo chính gồm: Cơ sở khoan và khai thác dầu khí (Lê Phước Hảo, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM) và Kỹ thuật khoan dầu khí (Nguyen, NXB Giáo dục, 1995), kết hợp các mô đun kỹ thuật chuyên sâu về hệ thống nâng hạ, tuần hoàn dung dịch và kiểm soát giếng khoan.


Kết luận

Giáo trình Cơ sở khoan (KKT19MH33) cung cấp hệ thống tri thức kỹ thuật nền tảng, chuẩn xác về công nghệ và thiết bị thi công giếng khoan dầu khí theo quy chuẩn giáo dục nghề nghiệp.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học:

  1. Nắm vững bản chất vật lý của các phương pháp phá hủy đất đá và cấu trúc hình học giếng khoan (Chương 1).
  2. Nắm vững trình tự công nghệ khoan, quy chuẩn chống ống và kỹ thuật trám xi măng vành xuyến (Chương 2).
  3. Khảo sát nguyên lý vận hành của 5 hệ thống thiết bị trên giàn khoan (Chương 3).
  4. Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển quỹ đạo lỗ khoan trong không gian và công nghệ giếng ngang (Chương 4).

Học viên có thể mở rộng kiến thức bằng việc liên hệ với các mô đun thực hành chuyên sâu (Thí nghiệm dung dịch khoan, Vận hành hệ thống nâng hạ, Hệ thống kiểm soát giếng khoan) và các tài liệu chuyên ngành của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.