Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở khoan (Mã môn học: PETD53033) là tài liệu học tập chuyên môn được ban hành theo Quyết định số 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Bản thảo do kỹ sư Lê Thùy Dung làm chủ biên cùng sự tham gia của các tác giả Phạm Thị Nụ và Phạm Hữu Tài, được thiết kế theo khung chương trình đào tạo của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội.

       +------------------------------------+
       |  Địa chất dầu khí (PETD62032)     |
       +-----------------+------------------+
                         |
                         v
       +------------------------------------+
       |    Cơ sở khoan (PETD53033)         |  <-- (3 tín chỉ / 45 giờ)
       +-----------------+------------------+
                         |
                         v
       +------------------------------------+
       |   Cơ sở khai thác (PETD53034)     |
       +------------------------------------+

Trong cấu trúc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Khoan Khai thác dầu khí, môn học có thời lượng 3 tín chỉ (45 giờ, bao gồm 42 giờ lý thuyết và 3 giờ kiểm tra). Môn học được bố trí giảng dạy sau khi sinh viên hoàn thành học phần Địa chất dầu khí (PETD62032) và là môn học điều kiện tiên quyết trước khi tiếp cận học phần Cơ sở khai thác (PETD53034).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1): Trình bày hệ thống khái niệm, thuật ngữ chuyên ngành kỹ thuật khoan; cấu tạo, tính năng của thiết bị và dụng cụ khoan; quy trình thi công giếng khoan và các công tác kỹ thuật phụ trợ.
  • Về kỹ năng (B1): Xây dựng và thiết lập các bước trong quy trình công nghệ thi công giếng khoan dầu khí.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Hình thành tác phong làm việc khoa học, tính kỷ luật, kỹ năng làm việc độc lập và phối hợp nhóm trong môi trường công nghiệp.

Giáo trình được cấu trúc thành 4 chương theo tiến trình kỹ thuật: từ các khái niệm cơ bản về dầu khí và giếng khoan, quy trình công nghệ thi công (khoan, chống ống, trám xi măng), cấu tạo các hệ thống thiết bị trên giàn khoan, đến kỹ thuật khoan định hướng và giếng ngang. Tài liệu tích hợp hệ thống hình vẽ kỹ thuật, sơ đồ thiết bị và thông số thực tế phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo kỹ thuật viên ngành dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                        CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC (45 GIỜ)                          |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí (3 giờ)                                 |
|  - Khái niệm cơ bản & đặc điểm dầu khí Việt Nam                               |
|  - Cấu trúc, thông số giếng khoan & Phương pháp khoan                         |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan (15 giờ)                     |
|  - Lập chương trình khoan & Chế độ khoan                                      |
|  - Công nghệ khoan từng đoạn giếng (lớp mặt, trung gian, mục tiêu)            |
|  - Công nghệ chống ống & Công nghệ trám xi măng                               |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Chương 3: Giàn khoan và các hệ thống chính trên giàn khoan (19 giờ)          |
|  - Phân loại giàn khoan (đất liền, biển)                                      |
|  - 5 hệ thống: Nâng hạ, Quay cần, Tuần hoàn dung dịch, Phát lực, Chuỗi cần    |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Chương 4: Khoan định hướng (8 giờ)                                           |
|  - Quỹ đạo giếng khoan (chữ J, chữ S) & Thiết bị chuyên dụng (BHA)            |
|  - Kỹ thuật làm lệch hướng & Giếng ngang                                      |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 4 chương chuyên đề được triển khai theo trật tự công nghệ:

  • Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí (3 giờ): Giới thiệu định nghĩa dầu mỏ, khí thiên nhiên, lịch sử ngành dầu khí thế giới và Việt Nam (khai thác dòng khí đầu tiên tại Tiền Hải C năm 1981, tấn dầu đầu tiên tại Bạch Hổ năm 1986). Phân tích đặc điểm dầu thô Việt Nam (hàm lượng lưu huỳnh thấp 0,03–0,09%, tỷ trọng 0,83–0,85, hàm lượng parafin cao 15–27%, điểm đông đặc 22–30°C). Trình bày định nghĩa giếng khoan, phân loại giếng theo mục đích (tìm kiếm, thăm dò, thẩm lượng, khai thác, giếng giải vây, giếng phụ trợ), theo quỹ đạo không gian và theo độ sâu mực nước biển. Mô tả các thành phần hình học (miệng giếng, thành giếng, đáy giếng, trục giếng), các thông số chiều sâu thẳng đứng (TVD), chiều dài đo dọc trục (MD), góc nghiêng ($\alpha$), góc phương vị ($\varphi$). Giới thiệu nguyên lý các phương pháp khoan cơ học (khoan đập, khoan xoay) và khoan thủy động lực (sử dụng tia nước áp suất cao 20–200 MPa).
  • Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan (15 giờ): Phân tích quy trình lập chương trình khoan dựa trên việc đánh giá áp suất vỉa, áp suất vỡ vỉa và tính ổn định của đất đá. Chi tiết hóa các công đoạn thi công thực địa: chọn vị trí khoan (sử dụng hệ tọa độ phẳng UTM), chuẩn bị mặt bằng khoan trường, thiết lập chế độ khoan (tối ưu, hợp lý, đặc biệt) với ba thông số điều khiển chính (tải trọng lên choòng, vận tốc quay, lưu lượng dung dịch). Mô tả chi tiết kỹ thuật khoan lớp mặt, kỹ thuật thao tác tiếp cần (sử dụng khóa càng cua, lỗ tiếp cần mousehole), thao tác tháo cần (lắp ghép cần đôi, cần ba lên giá dựng cần). Trình bày toàn diện công nghệ chống ống (chống suốt, chống lửng) và công nghệ trám xi măng 1 tầng 2 nút, xác định chiều cao cột xi măng và thời gian chờ đông cứng (24–48 giờ).
  • Chương 3: Giàn khoan và các hệ thống chính trên giàn khoan (19 giờ): Phân loại giàn khoan đất liền và công trình khoan biển (giàn tự nâng, giàn bán tiềm thủy, giàn cố định chân đế thép). Khảo sát cấu tạo và nguyên lý làm việc của 5 hệ thống thiết bị chính:
    1. Hệ thống nâng hạ: Tháp khoan (tháp chữ A, tháp 4 chân), tời khoan, cụm ròng rọc tĩnh (Crown block), ròng rọc động (Traveling block), móc nâng và êlêvatơ.
    2. Hệ thống quay cần: Bàn rôto, cần chủ đạo (Kelly), đầu xoay thủy lực (Swivel/Top drive).
    3. Hệ thống tuần hoàn dung dịch: Bơm dung dịch cao áp, đường ống đứng, ống mềm, máng dẫn, thiết bị làm sạch dung dịch (sàng rung, bể lắng).
    4. Hệ thống phát lực: Nguồn cung cấp động lực diesel - điện.
    5. Hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá: Cần khoan thường, cần khoan nặng (Drill collar), dụng cụ định tâm (Stabilizer), choòng khoan cơ học (choòng 3 chóp xoay Tricone bit, choòng kim cương PDC).
  • Chương 4: Khoan định hướng (8 giờ): Khái niệm, mục đích và ứng dụng của khoan định hướng trong địa hình phức tạp. Phân tích các dạng quỹ đạo giếng hình chữ J, chữ J kéo dài, chữ S và chữ S cải biên. Trình bày thiết bị chuyên dụng và bộ khoan cụ định hướng (BHA). Phân tích 3 nguyên lý làm lệch hướng lỗ khoan: nguyên lý điểm tựa (tăng góc nghiêng), nguyên lý con lắc (giảm góc nghiêng), nguyên lý ổn định (giữ nguyên góc nghiêng). Giới thiệu thiết kế và phân loại giếng khoan ngang theo bán kính cong.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống lý thuyết và nguyên lý kỹ thuật bao gồm:

  • Lý thuyết cơ học phá hủy đất đá: Cơ chế nén, cắt, nghiền, mài của răng choòng dưới tác dụng của tải trọng trục và chuyển động quay.
  • Nguyên lý cân bằng áp suất giếng khoan: Tính toán tỷ trọng dung dịch khoan để tạo áp suất thủy tĩnh cân bằng áp suất vỉa, ngăn chặn hiện tượng phun trào hoặc mất dung dịch.
  • Cơ học kết cấu cột ống chống: Nguyên lý thiết kế cấu trúc giếng dạng ống lồng nhiều cấp đường kính (từ ống định hướng 20"–36", ống bề mặt 13 ⅜", ống trung gian 9 ⅝", đến ống khai thác 7" hoặc 4 ½"); nguyên tắc tính toán khả năng chịu áp suất bóp méo, áp suất nổ và tải trọng kéo đứt của thành ống.
  • Thủy động lực học trám xi măng: Cơ chế dịch chuyển thay thế chất lưu trong khoảng không vành xuyến, tính toán áp suất bơm ép và vận tốc dâng vữa ($\ge 1,5$ m/s).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn: Đọc hiểu sơ đồ cấu trúc giếng; vận hành quy trình thao tác cơ học trên sàn khoan (tiếp cần, tháo cần, vận hành khóa càng cua và êlêvatơ); tính toán dung tích dung dịch khoan và thể tích vữa trám xi măng.
  • Kỹ năng phân tích công nghệ: Phân tích thông số cơ học và thủy lực để lựa chọn chế độ khoan phù hợp với từng cột địa tầng; xác định vị trí đặt chân đế ống chống và lựa chọn chủng loại choòng khoan.
  • Kỹ năng thực hành quy trình: Thiết lập quy trình thả cột ống chống, lắp đặt các phụ tùng phụ trợ (đế dẫn hướng, ống nối van một chiều, lồng định tâm, chổi nạo thành giếng); kiểm soát các công đoạn trong phương pháp trám xi măng 1 tầng 2 nút.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Căn cứ theo đề cương chi tiết môn học, phương pháp sư phạm và đánh giá kết quả học tập được quy định cụ thể:

Phương pháp sư phạm và tổ chức dạy học

  • Đối với giảng viên: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực; sử dụng máy chiếu (projector) trình chiếu hệ thống sơ đồ thiết bị khoan và cấu trúc giếng; nêu vấn đề kỹ thuật tại khoan trường để sinh viên thảo luận; hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật chuyên ngành; chia nhóm học tập tương tác.
  • Đối với người học: Thực hiện học tập theo nhóm nhỏ từ 2–3 người; chuẩn bị trước bài học và tài liệu tham khảo theo yêu cầu; tham gia thảo luận các tình huống kỹ thuật; tuân thủ quy định về an toàn lao động và kỷ luật xưởng thực hành.

Phương pháp đánh giá và kiểm tra

Quy trình đánh giá áp dụng theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH), bao gồm hai hợp phần:

  +--------------------------------------------------------------------------+
  |                   CƠ CẤU ĐIỂM HỌC PHẦN (THANG ĐIỂM 10)                  |
  +-------------------------------------+------------------------------------+
  |  ĐIỂM ĐÁNH GIÁ THƯỜNG XUYÊN &       |  ĐIỂM THI KẾT THÚC MÔN HỌC         |
  |  ĐỊNH KỲ (Trọng số 40%)             |  (Trọng số 60%)                    |
  |  - 01 cột Thường xuyên (sau 5 giờ)  |  - Thời điểm: Sau 45 giờ           |
  |    Hình thức: Vấn đáp / Bảng kiểm   |  - Hình thức: Trắc nghiệm /        |
  |  - 01 cột Định kỳ (sau 15 giờ)      |    Tự luận trên máy tính           |
  |    Hình thức: Viết / Trắc nghiệm    |  - Chuẩn đầu ra: A1, B1, C1        |
  +-------------------------------------+------------------------------------+
  • Điều kiện chuyên cần: Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng các buổi học lý thuyết. Sinh viên nghỉ học quá 30% thời lượng phải học lại môn học mới đủ điều kiện dự thi.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Dữ liệu thực tế ngành Dầu khí Việt Nam: Giáo trình tích hợp các mốc lịch sử phát triển thực tế của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, trích dẫn chi tiết các chỉ số hóa - lý của dầu thô khai thác tại các mỏ thuộc thềm lục địa phía Nam (đặc tính dầu nhẹ, ngọt, hàm lượng lưu huỳnh thấp 0,03–0,09%, hàm lượng parafin 15–27%, nhiệt độ đông đặc 22–30°C).
  • Tiêu chuẩn hóa thiết bị và công nghệ khoan công nghiệp: Toàn bộ kích thước choòng khoan, ống chống, cần khoan được trình bày đồng thời theo hệ mét và hệ đo lường chuẩn của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API - inch), phản ánh đúng thực tế thiết kế tại các nhà thầu khoan.
  • Cập nhật các giải pháp công nghệ hiện đại:
    • Kỹ thuật định vị vị trí khoan ngoài khơi bằng hệ thống vệ tinh và lưới tọa độ phẳng UTM (Universal Transverse Mercator).
    • Hệ thống truyền động quay hiện đại Top drive (động cơ treo) thay thế bàn rôto truyền thống.
    • Phương pháp chống ống lửng (liner casing) giúp tối ưu hóa chi phí vật liệu và giảm tải trọng lên miệng giếng.
    • Các giải pháp kiểm soát giếng khoan phức tạp khi khoan qua tầng đất sét trương nở, tầng dị thường áp suất cao hoặc tầng mất dung dịch trầm trọng.
    • Kỹ thuật điều khiển quỹ đạo giếng nghiêng và giếng ngang dựa trên cấu trúc bộ khoan cụ đáy (BHA) tăng/giảm góc.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Cơ sở khoan được xây dựng cho các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống đào tạo kỹ thuật dầu khí:

                          +-------------------------------+
                          |    GIÁO TRÌNH CƠ SỞ KHOAN     |
                          +---------------+---------------+
                                          |
        +---------------------------------+--------------------------------+
        |                                                                  |
        v                                                                  v
+-------------------------------+                          +-------------------------------+
|     ĐỐI TƯỢNG BẮT BUỘC        |                          |     ĐỐI TƯỢNG THAM KHẢO       |
+-------------------------------+                          +-------------------------------+
| - Nghề Khoan Khai thác dầu khí|                          | - Nghề Sửa chữa thiết bị      |
|   (Hệ Cao đẳng & Trung cấp)   |                          |   chế biến dầu khí            |
| - Nghề Vận hành thiết bị      |                          | - Nghề Vận hành thiết bị      |
|   khai thác dầu khí           |                          |   chế biến dầu khí            |
+-------------------------------+                          +-------------------------------+
  1. Sinh viên và học viên chính quy:
    • Đối tượng bắt buộc: Sinh viên hệ Cao đẳng nghề và học viên Trung cấp nghề thuộc chuyên ngành Khoan Khai thác dầu khí và Vận hành thiết bị khai thác dầu khí.
    • Đối tượng tham khảo: Học viên các chuyên ngành Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí.
  2. Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần kỹ thuật cơ sở và chuyên môn cơ bản gồm:
    • Vẽ kỹ thuật (MECM52003)
    • Hóa đại cương (PETR63001)
    • Địa chất cơ sở (PETD53031)
    • Địa chất dầu khí (PETD62032)
  3. Giảng viên và cán bộ kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn hóa, xây dựng giáo án lý thuyết, bài tập tình huống và thiết kế ngân hàng đề thi đánh giá năng lực nghề khoan.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Tài liệu được thiết kế làm giáo trình bắt buộc cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề ngành Khoan Khai thác dầu khí, ngành Vận hành thiết bị khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí; đồng thời là tài liệu tham khảo cho các ngành kỹ thuật chế biến dầu khí liên quan.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học môn Cơ sở khoan?

Người học cần tích lũy kiến thức từ các học phần tiên quyết trong chương trình khung, bao gồm kiến thức cơ sở về địa chất học qua môn Địa chất cơ sở (PETD53031) và Địa chất dầu khí (PETD62032), cùng kiến thức kỹ thuật từ môn Vẽ kỹ thuật và Hóa đại cương.

3. Cấu trúc nội dung của giáo trình có điểm gì đặc thù về mặt kỹ thuật?

Giáo trình mô tả trực tiếp các thông số kỹ thuật thực địa theo tiêu chuẩn công nghiệp: đường kính ống chống từ 4 ½" đến 36", thông số vận tốc dâng vữa trám $\ge 1,5$ m/s, thời gian đông cứng xi măng từ 24–48 giờ, nguyên lý cân bằng áp suất thủy tĩnh với áp suất vỉa, và phân loại quỹ đạo giếng khoan không gian (chữ J, chữ S, giếng ngang).

4. Quy định đánh giá và điều kiện để hoàn thành học phần là gì?

Người học phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết trên lớp. Điểm tổng kết học phần được tính theo thang điểm 10 (làm tròn 1 chữ số thập phân), gồm điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (trọng số 40%) kết hợp với điểm thi kết thúc môn học dạng trắc nghiệm/tự luận (trọng số 60%).

5. Những tài liệu tham khảo chính được sử dụng để biên soạn giáo trình này là gì?

Giáo trình được biên soạn dựa trên các tài liệu chuyên ngành tiêu chuẩn trong nước:

  • Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
  • PGS. TS. Nguyen, Kỹ thuật khoan dầu khí, Nhà xuất bản Giáo dục, 1995.

Kết luận

Giáo trình Cơ sở khoan (PETD53033) cung cấp hệ thống kiến thức nền tảng về công nghệ và thiết bị thi công giếng khoan dầu khí, chuẩn hóa từ khâu lập chương trình khoan, kỹ thuật phá hủy đất đá, công nghệ chống ống - trám xi măng đến kỹ thuật khoan định hướng.

Về lộ trình học tập, sau khi hoàn thành học phần này, sinh viên có đủ điều kiện kiến thức để tiếp thu các mô đun chuyên sâu tiếp theo trong chương trình đào tạo như:

  • Cơ sở khai thác (PETD53034)
  • Thí nghiệm dung dịch khoan (PETD53137)
  • Hệ thống nâng hạ (PETD54140)
  • Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141)
  • Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá (PETD55142)
  • Hệ thống kiểm soát giếng khoan (PETD55144 / PETD63145)

Người học cần kết hợp nghiên cứu nội dung giáo trình với các tài liệu tham khảo chuyên ngành của Lê Phước Hảo và PGS. TS. Nguyen để đáp ứng đầy đủ các chuẩn đầu ra kiến thức, kỹ năng theo quy định đào tạo.