TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH (250-300 từ)

Giáo trình “Hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá” (Mã mô đun: PETD55142) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng, do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) ban hành kèm theo Quyết định số 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022. Tài liệu do nhóm tác giả gồm Ks. Trần Thanh Huy (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Thanh Trung và Hoàng Trọng Quang biên soạn.

Trong chương trình đào tạo tổng thể gồm 87 tín chỉ (2040 giờ), mô đun PETD55142 có thời lượng 5 tín chỉ (135 giờ). Về mặt tiến trình đào tạo, mô đun được bố trí giảng dạy sau các học phần kỹ thuật cơ sở và chuyên môn như Hệ thống nâng hạ (PETD54140), Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141), Nguyên lý phá hủy đất đá (PETD62036); đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi học viên tiếp cận mô đun Hệ thống chống ống và trám xi măng (PETD54143) cùng Hệ thống kiểm soát giếng khoan (PETD55144, PETD63145).

[Các môn cơ sở: Cơ sở khoan, Nâng hạ, Tuần hoàn]
                      ↓
[Mô đun PETD55142: Chuỗi cần khoan & Dụng cụ phá hủy đất đá]
                      ↓
[Các môn tiếp nối: Chống ống & Trám xi măng, Kiểm soát giếng]

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể qua các chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức (A1): Mô tả cấu tạo, thông số kỹ thuật, nhận biết thứ tự lắp đặt các chi tiết trong chuỗi cần khoan; trình bày nguyên lý vận hành của thiết bị quay (bàn quay roto, đầu xoay thủy lực, Topdrive) và cơ chế phá hủy đất đá của các loại choòng khoan.
  • Chuẩn kỹ năng (B1): Thực hiện đúng quy trình kết nối, tiếp cần, kéo thả chuỗi cần; phân loại mức độ mòn của thiết bị; phát hiện và tính toán xử lý các sự cố kỹ thuật như đứt gãy, bó kẹt bộ khoan cụ.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy và quy trình vận hành thiết bị cơ khí – thủy lực chuyên ngành.

NỘI DUNG KIẾN THỨC CỐT LÕI (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được thiết kế theo trình tự cấu trúc bộ khoan cụ từ bề mặt xuống đáy giếng và phương pháp vận hành thực tế qua 4 bài học chính:

  1. Bài 1: Tổng quan về hệ thống cột cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá: Trình bày sơ đồ nguyên lý tổ hợp hệ thống gồm đầu xoay thủy lực, cần chủ đạo, chuỗi cần khoan, za mốc nối, đầu nối chuyển tiếp, đầu nối an toàn, cần khoan nặng, cần nặng và choòng khoan; phân tích chức năng truyền động lực, dẫn hướng quỹ đạo, đặt tải trọng lên đáy và tuần hoàn dung dịch khoan.
  2. Bài 2: Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan: Phân tích chi tiết cấu tạo các bộ phận: cần chủ lực (tiết diện vuông, lục giác, bát giác; đường kính 65–155 mm; chiều dài 12–14 m); cần khoan và các dạng chồn đầu (IU, EU, IEU); khớp nối za mốc; cần khoan nặng (HWDP); cần nặng (Drill Collar) dạng nhẵn, dạng xoắn ốc (giảm 4% khối lượng), dạng tiết diện vuông và cần không nhiễm từ. Hướng dẫn quy trình 4 bước tiếp cần, các phương pháp đề phòng mài mòn, kỹ thuật hàn/ép đầu nối và quy trình cứu kẹt.
  3. Bài 3: Dụng cụ phá hủy đất đá: Phân loại và nguyên lý làm việc của choòng cánh dẹt, choòng chóp xoay (răng thép, răng chèn hợp kim), choòng kim cương (PDC, TSP), choòng lấy mẫu và choòng doa; các tiêu chuẩn mòn để loại bỏ choòng và phương pháp xử lý sự cố kẹt choòng, rơi chóp xoay.
  4. Bài 4: Động cơ đáy và các thiết bị phụ trợ: Cấu tạo và nguyên lý của động cơ trục vít PDM (stator, rotor, khớp nối cong, trục các đăng); thiết bị ổn định (Drill Stabilizer), búa đập thủy lực (Drilling jars) và bộ giảm xóc thủy lực VNIIBT; tiêu chí lựa chọn bộ khoan cụ BHA ứng dụng thực tế.
[Thiết bị bề mặt: Đầu xoay / Topdrive / Bàn Roto]
                      ↓
[Cần chủ đạo (Kelly: Vuông/Lục giác/Bát giác)]
                      ↓
[Chuỗi cần khoan (Drill Pipe: Chuẩn chồn IU/EU/IEU) & Khớp Za mốc]
                      ↓
[Cần chuyển tiếp (HWDP) & Cần nặng (Drill Collar: Nhẵn/Xoắn)]
                      ↓
[Thiết bị đáy & Dụng cụ phá đá: Động cơ PDM + Stabilizer + Choòng]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết cơ học ứng suất chuỗi cần: Phân tích trạng thái làm việc phức tạp của cột cần khoan dưới tác động đồng thời của 4 dạng ứng suất: ứng suất kéo cực đại tại miệng giếng, ứng suất nén ở phần đáy, ứng suất xoắn do mô men quay và ứng suất uốn động học tạo sóng uốn do lực ly tâm khi quay.
  • Tiêu chuẩn vật liệu và cơ tính kim loại: Giới hạn đàn hồi và ứng suất phá hủy của cần nặng (100.000–110.000 psi theo mác thép 4165H hoặc 42CD4 sau tôi và ram); công nghệ gia công nhiệt luyện ren và kỹ thuật phủ dải hợp kim cứng cacbit vonfram chống mài mòn thân khớp nối za mốc.
  • Hệ thống phân loại kỹ thuật: Tiêu chuẩn phân loại độ mòn cần khoan (Cần mới; Loại 1 còn 85% chiều dày; Loại 2 còn 65–80%; Loại 3 còn 55%); phân loại choòng chóp xoay theo hệ thống GOST và mã hiệu IADC (International Association of Drilling Contractors).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Thao tác lắp đặt, kết nối các đoạn cần dựng (stand); vận hành khóa hơi và khóa càng cua (rig tongs) để xiết đúng mô men lực; đo đạc kiểm tra chất lượng ren bằng Calip; kỹ thuật tiếp cần qua hố tiếp cần (rathole).
  • Kỹ năng phân tích và tính toán sự cố: Xác định độ sâu điểm kẹt tự do ($L$) thông qua phương pháp kéo hai cấp tải trọng ($P_1, P_2$) theo công thức: $$L = \frac{1,05 \cdot \Delta L}{P_2 - P_1}$$ trong đó $\Delta L$ là độ giãn dài của cần và $1,05$ là hệ số ảnh hưởng của khớp nối.
  • Kỹ năng vận hành thiết bị cứu sự cố: Sử dụng các dụng cụ chuyên dụng gồm Metric (đuôi chuột tạo ren trái phía trong), Côlôcôn (tạo ren trái phía ngoài), giỏ cứu kẹt, dao cắt cơ khí và mìn rung tháo ren tự do.

PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP (300-350 từ)

Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học tích cực, kết hợp giữa thuyết trình nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu chuyên ngành, phân tích bài tập tình huống thực tế và tổ chức thảo luận nhóm nhỏ (2–3 học viên/nhóm).

Cơ cấu phân bổ thời lượng của mô đun tập trung mạnh vào kỹ năng thực hành:

Nội dung đào tạo Tổng số giờ Lý thuyết Thực hành / Bài tập / Thảo luận Kiểm tra
Bài 1: Tổng quan hệ thống quay cần & phá hủy đất đá 2 2 0 0
Bài 2: Đầu xoay thủy lực 2 2 0 0
Bài 3: Vận hành bàn quay roto 4 4 0 0
Bài 4: Vận hành động cơ Topdrive 20 2 18 0
Bài 5: Vận hành hệ thống cột cần khoan & choòng khoan 104 2 98 4
Bài 6: Động cơ đáy và các thiết bị phụ trợ 3 2 0 1
Tổng cộng 135 14 116 5

Phần lớn thời lượng (116 giờ thực hành, chiếm 85,9%) được tổ chức trực tiếp tại phòng mô hình khoan động mô phỏng các chế độ tải trọng và áp suất giếng khoan.

Tổng thời lượng: 135 giờ

Phương pháp đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

  • Đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm 1 cột kiểm tra thường xuyên (quan sát/bảng kiểm/hỏi đáp sau 15 giờ học) và 4 cột kiểm tra định kỳ thực hành trên mô hình mô phỏng (thực hiện sau mỗi 30 giờ).
  • Thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Tổ chức sau 135 giờ học, hình thức tích hợp trắc nghiệm, tự luận lý thuyết và thao tác thực hành trên mô hình.
  • Quy định điều kiện tham dự: Học viên phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành. Trường hợp vắng >30% lý thuyết hoặc >0% thực hành đều bắt buộc phải học lại mô đun.

ĐIỂM NỔI BẬT VÀ CẬP NHẬT (250-300 từ)

Giáo trình tích hợp nhiều nội dung cập nhật kỹ thuật phục vụ trực tiếp cho hoạt động thi công giếng khoan công nghiệp:

  • Hệ thống thiết bị kéo thả và quay cần tiên tiến: Bổ sung cấu tạo, nguyên lý vận hành và bảo dưỡng hệ thống dẫn động trên đỉnh (Topdrive) với 20 giờ đào tạo chuyên biệt; phân tích ưu điểm so với hệ thống bàn quay roto truyền thống.
  • Công nghệ động cơ đáy và ổn định quỹ đạo: Cập nhật nguyên lý hoạt động của động cơ đáy trục vít (PDM) nhiều khoang công tác; cấu tạo búa đập thủy lực hai chiều (Drilling Jars) và bộ giảm chấn thủy lực VNIIBT dùng trong khoan định hướng và kiểm soát rung động.
  • Tiêu chuẩn hóa quốc tế về dụng cụ khoan: Sử dụng hệ thống phân loại mã hiệu choòng khoan chóp xoay và choòng PDC theo tiêu chuẩn IADC; quy cách ren và kích thước hình học chuỗi cần theo tiêu chuẩn API Spec 7/7-1.
  • Ứng dụng dữ liệu thực tế tại mỏ Bạch Hổ: Giáo trình cung cấp bảng thông số kỹ thuật thực tế về việc tính toán, lựa chọn bộ khoan cụ BHA cho các giếng khoan do Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro thi công tại mỏ Bạch Hổ, gắn kết lý thuyết tính toán cơ học với điều kiện địa chất tầng móng nứt nẻ.

ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG GIÁO TRÌNH (200-250 từ)

  • Sinh viên chuyên ngành: Học sinh, sinh viên theo học chương trình Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí tại các trường đào tạo kỹ thuật dầu khí (như Trường Cao đẳng Dầu khí - PVMTC).
  • Điều kiện tiên quyết đối với người học: Cần hoàn thành các môn học nền tảng trong chương trình đào tạo: Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), Địa chất cơ sở (PETD53031), Cơ sở khoan (PETD53033), Nguyên lý phá hủy đất đá (PETD62036), Hệ thống nâng hạ (PETD54140) và Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141).
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo: Làm căn cứ xây dựng đề cương chi tiết, giáo án bài giảng lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành trên mô hình mô phỏng và xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá theo chuẩn đầu ra (A1, B1, C1–C3).
  • Kỹ thuật viên hiện trường: Dùng làm tài liệu tra cứu các thông số kỹ thuật (kích thước danh định cần chủ đạo, giới hạn cơ tính thép cần nặng, dung sai mòn cho phép) và quy trình xử lý sự cố kẹt cần, cứu đứt gãy cột cần tại giàn khoan.

CÂU HỎI THƯỜNG GẶP (250-300 từ)

1. Giáo trình này được thiết kế phục vụ cho đối tượng nào?
Tài liệu được biên soạn phục vụ giảng dạy cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, đồng thời cung cấp kiến thức chuẩn hóa cho công nhân kỹ thuật và kỹ thuật viên vận hành sàn khoan dầu khí.

2. Người học cần đáp ứng những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun?
Người học phải hoàn thành các môn học cơ sở về Vẽ kỹ thuật, Địa chất đại cương, Cơ sở khoan, Nguyên lý phá hủy đất đá, Hệ thống nâng hạ và Hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết chung là gì?
Giáo trình thiết kế theo kết cấu mô đun thực hành nghề với 116 giờ thực hành trên mô hình khoan động, tích hợp bảng tra cứu thông số kỹ thuật chuẩn API/IADC và phân tích bài toán thực tế tại mỏ Bạch Hổ.

4. Người học cần tuân thủ những quy định nào để hoàn thành mô đun?
Học viên phải tham dự tối thiểu 70% giờ lý thuyết, 100% giờ thực hành, hoàn thành 4 bài kiểm tra định kỳ thực hành và đạt điểm tổng kết từ 5,0 trở lên (thang điểm 10).

5. Giáo trình dẫn xuất từ những tài liệu tham khảo chính nào?
Giáo trình được biên soạn dựa trên nguồn tài liệu chuẩn: Giáo trình Thiết bị khoan dầu khí (Trường Cao đẳng nghề Dầu khí) và Giáo trình Kỹ thuật khoan dầu khí (Nhà xuất bản Giáo dục, 1995).

KẾT LUẬN (150 từ)

Giáo trình “Hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá” (PETD55142) cung cấp hệ thống kiến thức kỹ thuật hoàn chỉnh về tổ hợp chuỗi cần khoan, đầu xoay, bàn quay roto, Topdrive, động cơ đáy và các chủng loại choòng phá đá. Với tỷ trọng thực hành chiếm hơn 85% thời lượng, tài liệu trang bị cho người học phương pháp tính toán tải trọng, kỹ năng vận hành kết nối cần và quy trình xử lý các sự cố cơ học giếng khoan.

Sau khi hoàn thành mô đun này, học viên tiếp tục lộ trình học tập với các mô đun chuyên môn nâng cao gồm Hệ thống chống ống và trám xi măng (PETD54143), Hệ thống kiểm soát giếng khoan (PETD55144, PETD63145) và tham gia Thực tập sản xuất (PETD54246) tại các cơ sở khoan khai thác dầu khí.