Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Công nghệ khí (mã số mô đun: KKT19MĐ57) là tài liệu giảng dạy chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề "Vận hành thiết bị khai thác dầu khí" ở trình độ Cao đẳng, được ban hành kèm theo Quyết định số 192/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (PVMTC), tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Giáo trình do Ks. Phạm Thế Anh làm chủ biên cùng tác giả Phạm Hữu Tài biên soạn nhằm phục vụ công tác đào tạo và lưu hành nội bộ.

Trong khung chương trình tổng thể gồm 86 tín chỉ (2025 giờ đào tạo), mô đun Công nghệ khí có thời lượng 2 tín chỉ (tương đương 45 giờ định mức), được xếp ở vị trí chuyên môn ngành. Mô đun được giảng dạy sau các môn học/mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên môn tiền đề (như Cơ sở khai thác, Vận hành máy nén, Vận hành thiết bị tách dầu khí, Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí), đồng thời đóng vai trò tiên quyết trước khi người học bước vào các mô đun vận hành hệ thống khai thác dầu khí trên mô hình mô phỏng chuyên sâu.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định cụ thể trên ba phương diện:

  • Chuẩn kiến thức (A1): Trình bày chính xác sơ đồ công nghệ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các trang thiết bị trong quá trình khai thác khí và bơm ép khí.
  • Chuẩn kỹ năng (B1): Thực hiện đúng quy trình thao tác vận hành hệ thống khai thác khí và hệ thống bơm ép khí trên các mô hình mô phỏng kỹ thuật.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1 – C4): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC); thực hiện đúng quy trình vận hành thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa; phát hiện và ngăn ngừa nguy cơ sự cố; có khả năng hướng dẫn, kèm cặp nhân viên vận hành bậc dưới.

Cấu trúc giáo trình gồm 2 chương chính, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết hóa lý dầu khí và quy trình công nghệ vận hành thực tế trên hệ thống mô phỏng công nghiệp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ qua 2 chương (bài học) theo tiến trình từ khai thác đến xử lý và bơm ép khí:

[Chương I: Quá trình khai thác khí (30 giờ)]
[Chương II: Quá trình bơm ép khí (15 giờ)]

  1. Chương I: Quá trình khai thác khí (30 giờ: 9 giờ lý thuyết, 20 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra lý thuyết):

    • Nguồn gốc và lịch sử phát triển: Phân tích quá trình hình thành khí tự nhiên theo giả thuyết hữu cơ gồm 4 giai đoạn: tích đọng vật liệu hữu cơ trầm tích biển, biến đổi thành hydrocacbon ban đầu ở nhiệt độ 100 – 200°C và áp suất 200 – 1000 atm, di cư qua các tầng đá chứa có độ rỗng (sa thạch, đá vôi) đến các "bẫy" địa chất, và biến đổi phân rã sâu trong bồn chứa thiên nhiên.
    • Hiện diện và phân loại khí: Thống kê trữ lượng khí xác minh toàn cầu (đạt 179 × 10¹² m³ vào cuối năm 2004, tập trung lớn nhất tại Trung Đông và Châu Âu) và tiềm năng tại các bồn trũng Việt Nam (Nam Côn Sơn: 174 tỷ m³, Sông Hồng: 208 tỷ m³, Cửu Long: 56 tỷ m³ khí đồng hành, Mã Lai - Thổ Chu: 48 tỷ m³). Phân loại khí theo nguồn gốc (khí tự nhiên, khí đồng hành, condensate với nhiệt độ sôi cuối khoảng 200°C), theo hàm lượng khí acid (khí chua: $\text{H}_2\text{S} > 1%$, $\text{CO}_2 > 2%$; khí ngọt: $\text{H}_2\text{S} < 1%$, $\text{CO}_2 < 2%$), theo hàm lượng $\text{C}_3^+$ (khí béo $> 150 \text{ g/m}^3$, khí gầy $< 50 \text{ g/m}^3$) và theo hàm lượng $\text{C}_2^+$ (khí ẩm $> 10%$, khí khô $< 10%$).
    • Thành phần và tính chất nhiệt động: Khảo sát các hydrocacbon no ($\text{CH}_4$ chiếm 80 – 99%, $\text{C}_2\text{H}_6$, $\text{C}_3\text{H}_8$, $\text{C}4\text{H}{10}$, $\text{C}_5^+$) cùng các tạp chất phi hydrocacbon ($\text{N}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{S}$, khí trơ). Tính chất vật lý, nhiệt lượng tổng/thực, nhiệt trị ($\approx 37.000 \text{ kcal/m}^3$ đối với khí thiên nhiên).
    • Giản đồ pha và ứng dụng: Ứng dụng quy tắc pha Gibbs ($T = C - P + 2$), phân tích giản đồ pha $P\text{--}T$ và $P\text{--}V$ của hệ một cấu tử, hai cấu tử và đa cấu tử; xác định điểm bọt (bubble point), điểm sương (dew point), điểm tới hạn ($P_c, T_c$), điểm chạc ba, áp suất cricondenbar, nhiệt độ cricondentherm, hiện tượng ngưng tụ ngược (retrograde condensation) và hóa hơi ngược trong giếng khí - condensate.
    • Sản phẩm và công nghệ thu gom: Tiêu chuẩn kỹ thuật khí thương mại (nhiệt trị cháy 39.100 – 39.500 kJ/m³, điểm sương $< -6^\circ\text{C}$, $\text{H}_2\text{O} < 150 \text{ ppm}$, $\text{C}_5^+ < 0,5%$, $\text{H}_2\text{S} = 2 \text{--} 20 \text{ mg/m}^3$). Các phương pháp làm lạnh tách condensate (trao đổi nhiệt, hiệu ứng Joule-Thomson, giãn nở qua turbine). Tổng quan các dự án đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn, Cà Mau (PM3), Lô B - Ô Môn và hệ thống khí Bạch Hổ - Rạng Đông - Dinh Cố.

  2. Chương II: Quá trình bơm ép khí (15 giờ: 5 giờ lý thuyết, 9 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra thực hành):

    • Công nghệ xử lý và bơm ép: Phân loại các phương pháp làm sạch dòng khí trước khi bơm ép gồm nhóm làm sạch ướt và nhóm làm sạch khô để loại bỏ bụi, nước, khí trơ và các hợp chất lưu huỳnh.
    • Thực hành vận hành: Quy trình khởi động, điều chỉnh thông số áp suất, lưu lượng và dừng hệ thống bơm ép khí an toàn trên phần mềm mô phỏng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố hệ thống lý thuyết chuyên ngành khai thác dầu khí thông qua:

  • Lý thuyết nhiệt động học và cân bằng pha: Vận dụng quy tắc pha Gibbs để phân tích số bậc tự do của hệ lưu chất chứa nhiều cấu tử; khảo sát các đường bao pha $P\text{--}T$ nhằm dự đoán sự thay đổi trạng thái của dòng khí trong lòng giếng và đường ống áp suất cao.
  • Nguyên lý chuyển pha và phân tách: Cơ chế ngưng tụ ngược khi giảm áp suất ở điều kiện nhiệt độ nằm giữa điểm tới hạn và cricondentherm; nguyên lý làm lạnh bằng van tiết lưu Joule-Thomson và turbine giãn nở để thu hồi các cấu tử lỏng ($\text{C}_3^+$).
  • Nguyên lý xử lý khí: Cơ chế phân tách cơ học và hóa lý đối với tạp chất cơ học, hơi ẩm và các khí acid ($\text{H}_2\text{S}, \text{CO}_2$) nhằm bảo vệ đường ống khỏi hiện tượng ăn mòn và tránh tạo nút chất lỏng (slug) trong quá trình vận chuyển hai pha.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc hiểu bản vẽ sơ đồ công nghệ (P&ID), thiết lập và điều chỉnh các thông số vận hành (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng) của hệ thống thu gom, tách condensate và trạm máy nén khí.
  • Kỹ năng phân tích: Đánh giá trạng thái pha của dòng lưu chất dựa trên giản đồ $P\text{--}T$, tính toán tốc độ cung cấp nhiệt và đối chiếu các thông số sản phẩm khí với tiêu chuẩn thương phẩm quy định.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp: Thao tác chuẩn xác quy trình vận hành hệ thống khai thác và bơm ép khí trên mô hình mô phỏng; xử lý các tình huống cảnh báo kỹ thuật và thực hiện các biện pháp an toàn cháy nổ trên giàn khai thác.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình thiết lập phương pháp giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết và thực hành mô phỏng với các yêu cầu sư phạm cụ thể:

  • Phương pháp tiếp cận sư phạm: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực, bao gồm nêu vấn đề kỹ thuật, phân tích tình huống thực tế tại các mỏ khí, tổ chức thảo luận nhóm nhỏ (2 – 3 sinh viên/nhóm) và giao chủ đề nghiên cứu trước khi lên lớp. Giáo án được thiết kế chuyên biệt theo từng bài giảng lý thuyết hoặc buổi thực hành mô phỏng.
  • Thực hành trên mô hình mô phỏng: Thực hành chiếm thời lượng chủ đạo (29/45 giờ, tương đương 64,4% thời lượng mô đun). Sinh viên trực tiếp thao tác trên hệ thống máy tính và phần mềm mô phỏng vận hành công nghệ khí, rèn luyện quy trình đóng/mở van, tăng/giảm tải máy nén, điều khiển bình tách và xử lý tình huống giả lập.
  • Cơ sở vật chất yêu cầu: Phòng học lý thuyết tiêu chuẩn trang bị máy chiếu (projector), máy vi tính; phòng thực hành mô phỏng chuyên môn hóa cài đặt hệ thống phần mềm điều khiển công nghệ khí; tài liệu quy trình vận hành và sổ tay tra cứu kỹ thuật.
  • Phương pháp kiểm tra và đánh giá: Căn cứ theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, hệ thống đánh giá của mô đun được chia thành 2 phần:
    • Điểm đánh giá quá trình (trọng số 40%): Bao gồm 1 bài kiểm tra thường xuyên (hình thức vấn đáp/quan sát bảng kiểm sau 5 giờ học) và các bài kiểm tra định kỳ (tự luận/trắc nghiệm/sản phẩm học tập sau 15 giờ học).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (trọng số 60%): Tổ chức sau 45 giờ học dưới hình thức thi trắc nghiệm kết hợp tự luận hoặc đánh giá trên sản phẩm thực hành mô phỏng.
    • Thang điểm: Điểm thành phần và điểm tổng kết chấm theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.
  • Yêu cầu tự học và chuyên cần: Sinh viên bắt buộc phải chuẩn bị bài và nghiên cứu tài liệu trước giờ học; tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành. Sinh viên vắng quá 30% lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào đều không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các dữ liệu thực tế và hạ tầng công nghiệp dầu khí tại Việt Nam:

  • Hệ thống dữ liệu địa chất và mỏ khí chi tiết: Cung cấp thông số phân tích trữ lượng của từng bồn trũng trầm tích cụ thể tại Việt Nam (Bồn trũng Nam Côn Sơn, Cửu Long, Sông Hồng, Mã Lai - Thổ Chu, Phú Khánh, Vũng Mây), làm rõ đặc tính khí từng vùng như hàm lượng $\text{CO}_2$ cao tại trũng Sông Hồng hay tỷ lệ khí đồng hành tại trũng Cửu Long.
  • Tích hợp các dự án công nghiệp trọng điểm: Tài liệu phân tích thực tế các công trình dầu khí quốc gia:
    • Tuyến ống Nam Côn Sơn: Chiều dài 370 km, đường kính 26 inch, vận chuyển dòng hai pha từ giàn Lan Tây về Nhà máy Xử lý khí Dinh Cố với công suất 19,8 triệu m³/ngày (7 tỷ m³/năm).
    • Cụm dự án Khí - Điện - Đạm Cà Mau: Tuyến ống 325 km (298 km ngầm dưới biển), đường kính 18 inch, độ dày 12,5 mm, dẫn khí từ mỏ PM3 (vùng chồng lấn Việt Nam - Malaysia) về cấp cho 2 nhà máy điện 1500 MW và nhà máy đạm công suất 800.000 tấn urea/năm.
    • Dự án Lô B - Ô Môn: Tuyến đường ống dài gần 400 km (246 km trên biển, 152 km trên bờ) cấp khí cho Trung tâm nhiệt điện Ô Môn 2600 MW.
    • Hệ thống thu gom khí Bạch Hổ - Rạng Đông: Trạm nén khí Dinh Cố (áp suất nén 139 bar, lưu lượng 5,7 triệu m³/ngày), Nhà máy Chế biến khí Dinh Cố (1,4 tỷ m³ khí khô/năm, 140.000 tấn propan, 110.000 tấn butan, 100.000 tấn condensate), Kho cảng Thị Vải và hệ thống phân phối khí thấp áp.
  • Tiêu chuẩn thương phẩm và thông số kỹ thuật chuẩn hóa: Trình bày bảng chỉ tiêu kỹ thuật chính xác cho sản phẩm khí thương mại, cung cấp hệ số quy đổi năng lượng chuẩn ($5.487 \text{ ft}^3 \text{ khí} = 1 \text{ thùng dầu thô} = 159 \text{ lít dầu}$) và số liệu cơ cấu tiêu thụ khí tại Việt Nam (điện chiếm 30%, LNG 31%, xuất khẩu 19%, công nghiệp 14%, phân đạm 6%).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Học sinh - sinh viên bậc Cao đẳng nghề "Vận hành thiết bị khai thác dầu khí" tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo chuyên ngành dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học/mô đun cơ sở và chuyên môn trong chương trình khung, bao gồm:
    • Hóa Đại cương (CNH19MH09)
    • Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MĐ06)
    • Địa chất dầu khí (KKT19MH32) và Địa chất cơ sở (KKT19MH31)
    • Cơ sở khai thác (KKT19MH34)
    • Vận hành Bơm (KKT19MĐ52), Vận hành máy nén (KKT19MĐ53), Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54) và Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (KKT19MĐ56).
  • Giảng viên và kỹ thuật viên: Làm tài liệu giảng dạy lý thuyết, xây dựng kịch bản vận hành trên phòng mô hình mô phỏng, biên soạn đề thi/bảng kiểm đánh giá năng lực nghề nghiệp.
  • Tài liệu tham khảo công nghiệp: Dành cho kỹ thuật viên, công nhân vận hành trên các giàn khai thác khí, trạm nén khí và nhà máy chế biến khí nhằm tra cứu các quy trình công nghệ và nguyên lý an toàn xử lý khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành hệ thống thu gom, xử lý và bơm ép khí tại các công trình dầu khí ngoài khơi và trên bờ.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức về hóa đại cương, điện kỹ thuật, địa chất dầu khí, cơ sở khai thác dầu khí, cũng như kỹ năng vận hành các thiết bị đơn lẻ như van, bơm, máy nén khí và bình tách dầu khí.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết thuần túy?

Giáo trình kết hợp giữa lý thuyết nhiệt động pha (giản đồ $P\text{--}T$, điểm sương, cricondenbar, ngưng tụ ngược) với quy trình thao tác trên phòng mô hình mô phỏng (chiếm 29/45 giờ), đồng thời tích hợp đầy đủ số liệu vận hành từ các dự án thực tế của ngành dầu khí Việt Nam như đường ống Nam Côn Sơn, Bạch Hổ, PM3 Cà Mau và Lô B - Ô Môn.

4. Làm sao để tự học và tiếp thu mô đun này hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu trước tài liệu theo nhóm 2 – 3 người trước khi lên lớp, phân tích kỹ các đường bao pha và cơ chế ngưng tụ trong đường ống vận chuyển, tuân thủ kỷ luật thực hành 100% thời lượng trên mô hình mô phỏng và nghiêm túc chấp hành các quy định an toàn, PCCC.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Tài liệu tham khảo bổ trợ bao gồm:

  • Sách Hóa Lý – Tập II (Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế - NXB Giáo Dục).
  • Sách Công nghệ chế biến dầu mỏ (Lê Văn Hiếu - NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2000).
  • Giáo trình quốc tế: Oilfield Processes of Petroleum – Volume one: Natural gas (PennWell Publishing Company, Tulsa, Oklahoma).
  • Bộ tiêu chuẩn kỹ thuật: Gas Processors Suppliers Association – Engineering Data Book (GPSA) – FPS Volume 1, 2 (1998).
  • Hệ thống quy trình công nghệ và tài liệu kỹ thuật tại phòng mô hình mô phỏng PVMTC.

Kết luận

Giáo trình Công nghệ khí (KKT19MĐ57) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành cung cấp toàn diện cơ sở khoa học về hóa lý khí tự nhiên, công nghệ khai thác, xử lý tạp chất, thu hồi condensate và kỹ thuật bơm ép khí. Với thời lượng 45 giờ học (trong đó có 29 giờ thực hành mô phỏng), giáo trình chuẩn hóa kiến thức chuyên môn và kỹ năng vận hành thực tế cho học sinh - sinh viên ngành Vận hành thiết bị khai thác dầu khí.

Sau khi hoàn thành mô đun này, người học có đủ điều kiện tiên quyết để chuyển tiếp sang các mô đun chuyên sâu nâng cao bao gồm Vận hành hệ thống khai thác trên mô hình 1 (KKT19MĐ58), Vận hành hệ thống khai thác trên mô hình 2 (KKT19MĐ59), tham gia Thực tập sản xuất (KKT19MĐ60) và hoàn thành Khóa luận tốt nghiệp (KKT19MĐ61).