Tổng quan về giáo trình

Giáo trình “Hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá” (mã số mô đun: KKT19MĐ42) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng, ban hành kèm theo Quyết định số 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Giáo trình do nhóm tác giả gồm Ks. Trần Thanh Huy (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Thanh Trung và Hoàng Trọng Quang biên soạn. Trong khung chương trình đào tạo gồm 87 tín chỉ (2040 giờ), mô đun này có thời lượng 5 tín chỉ (135 giờ), được bố trí giảng dạy sau các học phần kỹ thuật cơ sở (Địa chất cơ sở, Cơ sở khoan, Địa chất dầu khí, Thí nghiệm dung dịch khoan, Hệ thống nâng hạ, Hệ thống tuần hoàn dung dịch) và trước mô đun Hệ thống chống ống và trám xi măng (KKT19MĐ43).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định rõ qua ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A4): Mô tả cấu tạo, phân loại, giải thích chức năng của các thành phần trong chuỗi cần khoan, đầu xoay thủy lực, bàn quay roto, động cơ Topdrive, động cơ đáy và các loại choòng khoan; nắm vững quy trình vận hành và nguyên lý xử lý sự cố.
  • Kỹ năng (B1–B5): Nhận diện, phân loại, thực hiện kết nối chuỗi cần khoan với thiết bị dẫn động bề mặt; vận hành hệ thống quay cần trên mô hình khoan động; phát hiện và xử lý sự cố kỹ thuật (đứt gãy, bó kẹt cần khoan).
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, quy trình vận hành thiết bị cơ khí - tự động hóa và đảm bảo an toàn kỹ thuật cho hệ thống thiết bị.

Giáo trình tiếp cận kiến thức theo cấu trúc logic kỹ thuật mỏ: từ sơ đồ nguyên lý tổng thể, đặc tính kỹ thuật vật liệu, phân tích trạng thái ứng suất cơ học đến các quy trình thao tác thực tế tại sàn khoan và phương pháp xử lý sự cố giếng khoan.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             SƠ ĐỒ TỔ HỢP HỆ THỐNG KHOAN
[THIẾT BỊ BỀ MẶT / QUAY CẦN]                                        [CHUỖI CẦN KHOAN & ĐÁY GIẾNG]

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc giáo trình bao gồm 4 bài học chính (tương ứng với 6 nội dung chi tiết trong chương trình đào tạo):

  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 khoan gồm thiết bị bề mặt (đầu xoay thủy lực, cần chủ đạo, van an toàn) và chuỗi khoan dưới đáy. Phân tích các trạng thái tải trọng tác động lên cột cần: lực kéo do trọng lượng bản thân, lực nén chiều trục từ tải trọng đè đáy, mô men xoắn truyền động và ứng suất uốn ly tâm.
  2. Bài 2: Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan: Phân tích chi tiết cấu tạo, thông số kỹ thuật của cần chủ đạo (tiết diện vuông, lục giác, bát giác với các dải kích thước quy ước từ 65 mm đến 155 mm); cần khoan tiêu chuẩn (các kiểu chồn đầu ống IU, EU, IEU; 4 cấp độ mòn cần khoan); khớp nối Za mốc (ren bước ngắn, ren bước dài, phương pháp lắp ghép nhiệt ở 400°C); cần khoan nặng và cần nặng (tiết diện tròn nhẵn, hình xoắn ốc, hình vuông chế tạo từ thép hợp kim 4165H hoặc 42CD4); quy trình thao tác tiếp cần khoan, kéo thả và kỹ thuật cứu kẹt cần.
  3. Bài 3: Dụng cụ phá hủy đất đá: Khái niệm, nguyên lý phá hủy đá và tiêu chuẩn phân loại choòng khoan gồm choòng cánh dẹt, choòng chóp xoay (theo tiêu chuẩn GOST và mã hiệu IADC), choòng kim cương, choòng lấy mẫu và choòng doa; nguyên nhân mài mòn và quy trình kiểm tra, loại bỏ choòng khoan.
  4. Bài 4: Động cơ đáy và các thiết bị phụ trợ: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ đáy trục vít (PDM - Positive Displacement Motor) gồm stator, rotor, khớp nối cong và trục các đăng; các thiết bị phụ trợ chuyên dụng như dụng cụ ổn định tâm (Drill Stabilizer), bộ giảm xóc rung động VNIIBT và búa đập thủy lực (Drilling jars).
                        QUY TRÌNH THAO TÁC TIẾP CẦN KHOAN (30 FT)

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết cơ học ứng suất trong giếng khoan: Trình bày sự biến thiên của trường ứng suất phức hợp (kéo, nén, xoắn, uốn) dọc theo chiều dài cột cần. Ứng suất kéo đạt cực đại tại miệng giếng, ứng suất nén tập trung ở phần đáy, ứng suất xoắn suy giảm dần từ bề mặt xuống đáy do lực cản ma sát và dung dịch khoan.
  • Quy chuẩn luyện kim và tiêu chuẩn liên kết ren: Cung cấp thông số cơ tính của thép hợp kim tôi ram (giới hạn đàn hồi đạt 100.000–110.000 psi đối với cần nặng đường kính từ 3 1/8 đến 10 inch); cấu trúc ren tam giác đỉnh phẳng/lượn tròn góc 60°, độ côn ren 1/16 đối với ren cần (bước ren $P = 3{,}175\text{ mm}$, 8 vòng ren/inch) và độ côn 1/4–1/5 đối với ren Za mốc (4–5 vòng ren/inch).
  • Hệ thống phân loại độ mòn kỹ thuật: Tiêu chuẩn đánh giá tình trạng cần khoan theo 4 cấp bậc dựa trên mức độ suy giảm chiều dày thành ống:
    • Cần mới (chưa sử dụng): đánh dấu 1 vòng sơn trắng;
    • Cần loại 1 (thành ống còn $\ge 85%$): đánh dấu 2 vòng sơn trắng;
    • Cần loại 2 (thành ống còn 65%–80%): đánh dấu 1 vòng sơn vàng;
    • Cần loại 3 (thành ống còn 55%): đánh dấu 1 vòng sơn xanh da trời;
    • Cần loại bỏ (quá giới hạn mòn): đánh dấu 1 vòng sơn xanh lá cây.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện chính xác quy cách hình học, kiểu chồn ống (IU - chồn trong, EU - chồn ngoài, IEU - chồn hỗn hợp), tra cứu bảng thông số cơ học của cần khoan và đầu nối phụ; thực hiện đúng quy trình nung nóng za mốc ở 400°C để lắp ghép vào thân cần khoan.
  • Kỹ năng phân tích và tính toán (Analytical skills): Phân tích các dấu hiệu bất thường trên đồng hồ tải trọng và áp suất bơm dung dịch để xác định sự cố thủng cần hoặc đứt gãy cột cần; tính toán vị trí điểm kẹt bộ khoan cụ dựa trên định luật biến dạng đàn hồi theo công thức: $$L = \frac{1{,}05 \cdot \Delta L \cdot E}{P_2 - P_1}$$ (trong đó $L$ là độ dài phần cần tự do trên điểm kẹt, $\Delta L$ là độ giãn dài sau hai lần kéo với lực $P_1$ và $P_2$, $E$ là mô đun đàn hồi của thép).
  • Kỹ năng thực hành vận hành và xử lý sự cố (Practical competencies): Thao tác chuẩn xác quy trình 4 bước tiếp cần khoan trên sàn khoan; sử dụng các dụng cụ cứu kẹt cơ khí chuyên dụng gồm taro ren trong (Metric/đuôi chuột), taro ren ngoài (Côlôcôn), giỏ cứu kẹt, búa đập thủy lực và phương pháp ngâm hóa chất (dầu nhờn, axit HCl) để giải phóng bộ khoan cụ.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phân phối thời lượng của mô đun được thiết kế với tính thực hành cao: tổng thời gian 135 giờ, bao gồm 14 giờ lý thuyết, 116 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 5 giờ kiểm tra/thi.

                           CƠ CẤU THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN (135 GIỜ)
  • Phương pháp giảng dạy của giảng viên: Giảng dạy theo phương pháp tích cực (nêu vấn đề, phân tích tình huống kỹ thuật thực tế từ mỏ khoan, hướng dẫn tra cứu sổ tay kỹ thuật). Thiết kế giáo án tích hợp, tổ chức chia ca thực hành theo nhóm nhỏ trên mô hình mô phỏng khoan động và hệ thống phòng học chuyên môn hóa.
  • Phương pháp học tập của sinh viên: Học tập kết hợp giữa nghiên cứu cá nhân và làm việc nhóm (2–3 người/nhóm) để chuẩn bị các chủ đề kỹ thuật trước khi lên lớp; tham gia thực hành thao tác vận hành và xử lý tình huống trên mô hình thiết bị.
  • Quy định chuyên cần: Sinh viên bắt buộc phải tham dự tối thiểu 70% số giờ giảng lý thuyết và 100% số giờ học thực hành. Nếu vắng quá 30% lý thuyết hoặc quá 0% thực hành, sinh viên không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun.
  • Phương pháp kiểm tra và đánh giá: Áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH và quy chế đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí:
    • Điểm đánh giá thường xuyên (hệ số 1): Đánh giá bằng phương pháp quan sát bảng kiểm thao tác và hỏi đáp lý thuyết sau 15 giờ học đầu tiên.
    • Điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2): Gồm 4 bài kiểm tra thực hành trực tiếp trên mô hình mô phỏng (tiến hành sau 30 giờ).
    • Tỷ trọng điểm môn học: Điểm quá trình chiếm 40%, điểm thi kết thúc mô đun (kết hợp lý thuyết viết và kiểm tra kỹ năng trên sản phẩm thực hành) chiếm 60%. Thang điểm chấm từ 0 đến 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp công nghệ khoan định hướng và thiết bị đáy hiện đại: Giáo trình cập nhật cấu tạo và thông số làm việc của các tổ hợp khoan hiện đại, bao gồm động cơ bùn trục vít (PDM), khớp nối cong dẫn hướng, bộ ổn định cánh xoắn/cánh thẳng và hệ thống động cơ dẫn động trên (Topdrive).
  • Gắn liền với dữ liệu thực địa ngành dầu khí Việt Nam: Tài liệu đưa vào các bảng tính toán và thông số lựa chọn bộ khoan cụ thực tế cho các giếng khoan tại mỏ Bạch Hổ thuộc Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro (Bảng 4.3 trong danh mục bảng biểu).
  • Chuẩn hóa theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế: Nội dung tích hợp bảng tra cứu mã hiệu choòng khoan 3 chóp xoay theo hệ thống phân loại IADC (International Association of Drilling Contractors) và tiêu chuẩn GOST, cùng các quy chuẩn ren kết nối công nghiệp mỏ.
  • Giải pháp kỹ thuật chuyên sâu về phòng chống sự cố: Phân tích chi tiết thiết kế cần nặng hình xoắn ốc (giảm 4% trọng lượng so với cần nhẵn, giảm bề mặt tiếp xúc với thành hệ nhằm triệt tiêu lực bám dính do chênh áp tại vỉa thấm), phương pháp phủ hợp kim cứng cacbit vonfram bảo vệ đầu nối và kỹ thuật bắn mìn rung kết hợp búa thủy lực để cứu kẹt.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên đào tạo chính quy: Sinh viên năm thứ hai hoặc năm thứ ba theo học trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo chuyên ngành dầu khí.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên môn gồm: Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Hóa đại cương (CNH19MH09), Địa chất cơ sở (KKT19MH31), Địa chất dầu khí (KKT19MH32), Cơ sở khoan (KKT19MH33), Hệ thống nâng hạ (KKT19MĐ40) và Hệ thống tuần hoàn dung dịch (KKT19MĐ41).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn để biên soạn giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và thiết lập các kịch bản diễn tập sự cố trên mô hình mô phỏng khoan.
  • Kỹ sư, công nhân kỹ thuật tại khoan trường: Dùng làm tài liệu tham khảo tra cứu quy chuẩn kỹ thuật (kích thước ren, mô men xiết, mã mác thép, quy trình tiếp cần, công thức định vị điểm kẹt) phục vụ công tác vận hành và bảo dưỡng thiết bị trên sàn khoan thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí theo chuẩn chương trình của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội ban hành cho Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời phù hợp cho kỹ thuật viên mỏ tự học và tra cứu nghiệp vụ.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần tích lũy các khối kiến thức về vẽ kỹ thuật cơ khí, hóa học dung dịch sét, địa chất đại cương, địa chất dầu khí, nguyên lý thiết bị nâng hạ và hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan mỏ.

3. Giáo trình có cấu trúc phân bổ thời lượng lý thuyết và thực hành như thế nào?

Mô đun có tổng thời lượng 135 giờ, trong đó thời lượng thực hành, thảo luận và làm bài tập tình huống chiếm ưu thế với 116 giờ (gần 86%), lý thuyết chiếm 14 giờ và kiểm tra chiếm 5 giờ.

4. Quy định về điều kiện dự thi kết thúc mô đun được quy định ra sao?

Người học phải đảm bảo tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành trên mô hình. Vắng mặt bất kỳ buổi học thực hành nào (vắng >0%) sẽ không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun.

5. Những tài liệu tham khảo chính nào được sử dụng bổ trợ cho giáo trình?

Các tài liệu tham khảo cốt lõi được trích dẫn trong giáo trình gồm:

  1. Giáo trình Thiết bị khoan dầu khí – Trường Cao đẳng nghề Dầu khí.
  2. Giáo trình Kỹ thuật khoan dầu khí – Nhà xuất bản Giáo dục, 1995.

Kết luận

Giáo trình “Hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá” (mã số: KKT19MĐ42) là tài liệu giảng dạy chuyên môn mang tính chuẩn hóa kỹ thuật cao, hệ thống hóa toàn diện cấu tạo, cơ học chịu lực, thông số vật liệu và quy trình vận hành hệ thống chuỗi khoan, động cơ đáy và dụng cụ phá hủy đất đá.

                         LỘ TRÌNH ĐÀO TẠO LIÊN QUAN
[KKT19MĐ40 / KKT19MĐ41] -> [KKT19MĐ42] -> [KKT19MĐ43] -> [KKT19MĐ44/45] -> [KKT19MĐ46/47]
 (Nâng hạ / Tuần hoàn)    (Mô đun này)    (Chống ống-Trám)   (Kiểm soát giếng)  (Thực tập/Khóa luận)

Mô đun tạo tiền đề kỹ thuật trực tiếp để người học tiếp tục hoàn thành các mô đun chuyên sâu tiếp theo trong chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí:

  • Hệ thống chống ống và trám xi măng (KKT19MĐ43);
  • Hệ thống kiểm soát giếng khoan 1 & 2 (KKT19MĐ44, KKT19MĐ45);
  • Thực tập sản xuất và Khóa luận tốt nghiệp (KKT19MĐ46, KKT19MĐ47).