GIỚI THIỆU GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HỆ THỐNG NÂNG HẠ (NGHỀ KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ)

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình mô đun Hệ thống nâng hạ (Mã mô đun: PETD54140 / PETD62036) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí trình độ Trung cấp và Cao đẳng, được ban hành kèm theo Quyết định số 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (PVMTC), tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Giáo trình do nhóm tác giả gồm Ks. Phạm Thế Anh (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Thanh Trung và Phạm Hữu Tài biên soạn.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo chuyên môn ngành khoan dầu khí gồm 56 tín chỉ (1380 giờ), mô đun Hệ thống nâng hạ được bố trí học sau các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn nền tảng như Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), Địa chất cơ sở (PETD53031), Cơ sở khoan (PETD53033), Thí nghiệm dung dịch khoan (PETD53137). Đây là điều kiện tiên quyết trước khi người học tiếp cận các mô đun chuyên sâu tiếp theo như Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141), Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá (PETD55142), Hệ thống chống ống và trám xi măng (PETD54143).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình tập trung vào ba chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Trình bày được chức năng, cấu tạo, sơ đồ nguyên lý tổ hợp và cơ chế truyền động của toàn bộ thiết bị trong hệ thống nâng hạ giàn khoan.
  • Kỹ năng (B1): Phân tích được các kết cấu tháp khoan; xây dựng được quy trình vận hành, bảo dưỡng tời khoan, hệ ròng rọc; thực hiện vận hành thành thạo hệ thống nâng hạ trên mô hình khoan dầu khí động.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C3): Tuân thủ tuyệt đối quy trình an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, bảo vệ thiết bị cơ khí - điện - tự động hóa, xử lý thao tác chuẩn xác không gây hư hỏng hệ thống.

Giáo trình có tổng thời lượng 105 giờ (14 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thảo luận, 4 giờ kiểm tra), được chia thành 5 bài học logic đi từ tổng quan hệ thống, phân tích chi tiết từng cụm thiết bị cơ khí đến quy trình vận hành trực tiếp trên mô hình mô phỏng.

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 5 bài học có mối liên kết kỹ thuật tuần tự:

  • Bài 1: Tổng quan về hệ thống nâng hạ (1 giờ - 0.5 giờ LT, 0.5 giờ TH): Cung cấp các chức năng của hệ thống (biến đổi chuyển động quay của tang tời thành chuyển động tịnh tiến đứng của móc nâng, giảm tải lực căng dây cáp, nâng hạ bộ dụng cụ và ống chống, truyền chuyển động cho bàn Rôto). Phân tích sơ đồ bố trí 10 cụm thiết bị khoan (Rôto, tời khoan, giá dựng cần, sàn chạy cần, giá để cần, hộp tốc độ, cụm truyền động, động cơ dẫn động, máy bơm khoan, khung nền tháp) và sơ đồ truyền động tổ hợp.
  • Bài 2: Tời khoan (5 giờ - 2.5 giờ LT, 2.5 giờ TH/KT): Trình bày cấu tạo chi tiết vỏ tời chịu lực, trục tang tời rèn hợp kim tôi cải thiện, kết cấu tang xẻ rãnh xoắn, hộp tốc độ (chọn 2 đến 3 tỷ số truyền), ly hợp bánh hơi điều khiển khí nén, cụm phanh chính cơ học (băng đơn, băng có trợ lực khí nén), cụm phanh phụ (phanh thủy lực cánh nghiêng, phanh điện từ dòng Foucault), hệ thống bảng điều khiển khí nén PB, hệ thống làm mát bằng nước và quy trình bôi trơn công nghiệp.
  • Bài 3: Tháp khoan (4 giờ - 3.5 giờ LT, 0.5 giờ TH): Khảo sát cấu trúc tháp giàn khoan (tháp chữ A, tháp néo dây lắp trên rơ-moóc), các thông số hình học, phân tích các thành phần tải trọng tĩnh/động tác dụng lên đỉnh và chân tháp, quy trình kiểm tra và bảo dưỡng kết cấu kim loại.
  • Bài 4: Hệ ròng rọc (3 giờ - 2.5 giờ LT, 0.5 giờ TH): Phân tích chức năng, cấu tạo, nguyên lý làm việc và quy trình bảo dưỡng của cụm Ròng rọc tĩnh (Crown block), Ròng rọc động (Traveling block), Móc nâng (Hook), quang treo, elevator và các thiết bị phụ trợ treo giữ cột cần.
  • Bài 5: Vận hành hệ thống nâng hạ trên mô hình khoan (92 giờ - 2 giờ LT, 87 giờ TH, 3 giờ KT): Hướng dẫn quy trình thực hành chi tiết thao tác di chuyển cần khoan trên bề mặt và quy trình nâng/hạ cột cần khoan theo 2 công nghệ khoan: Phương pháp bàn xoay Rôto (Rotary Drilling) và phương pháp truyền động đỉnh Topdrive.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống lý thuyết tính toán thiết bị nâng hạ tiêu chuẩn:

  • Công thức xác định kích thước tang tời: Đường kính tang tời $D_t \ge (40 \div 72)d_0$ (tùy thuộc kết cấu cáp $6\times7, 6\times19, 6\times37, 8\times19$, với $d_0$ là đường kính cáp); chiều dài tang $L_t = (1,2 \div 2,2)D_t$; chiều dày thành tang $\delta = (0,03 \div 0,07)D_t$.
  • Động học cáp và móc nâng: Tốc độ cuốn cáp $V = V_m \cdot m$ (với $V_m$ là tốc độ móc nâng từ $0,3 \div 0,8\text{ m/s}$, tối đa $< 2\text{ m/s}$; $m$ là số nhánh cáp động); công thức tính tốc độ nhỏ nhất: $$V_{m\min} = \frac{N_{dc} \cdot \eta}{Q_{m\max}}$$
  • Dung lượng chứa cáp trên tang: Tính theo cấp số cộng các lớp quấn $L = n \cdot \pi \cdot [D_t + (z-1)d_0] \cdot a \cdot b$ (với $z$ là số lớp cáp từ 3 đến 5, $a = 0,95$, $b = 0,93$).
  • Góc lệch bố trí ròng rọc phụ: Xác định qua khoảng cách $H = \frac{L_t}{2 \cdot \tan\alpha}$, với góc nghiêng $\alpha$ giới hạn trong khoảng $45' \le \alpha \le 1^\circ30'$.
  • Nguyên lý điều khiển khí nén: Logic đóng mở các van phân phối CRTr1, CRTr2, CRTr4, cụm van màng CRĐ1, CRĐ2, van xả nhanh C1, C2, C3, xilanh phanh S1 và bộ thoát khí S2 từ bảng điều khiển PB.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Thao tác chọn cấp tốc độ hộp số tời (côn nhanh/chậm), điều khiển tay phanh cơ khí kết hợp phanh thủy lực (hấp thụ đến 85% nhiệt năng) hoặc phanh điện từ; kiểm soát áp suất khí nén đạt 0,45 MPa tại xilanh phanh; vận hành hệ thống cấp nước làm mát tang phanh.
  • Kỹ năng phân tích: Đọc bản vẽ động học tời khoan 3–4 trục; kiểm tra chỉ số nhớt dầu bôi trơn SAE (SAE 5W-50 cho mô tơ, SAE 75-250 cho hộp số; SAE 10W đến SAE 40 tương ứng nhiệt độ môi trường từ dưới $0^\circ\text{F}$ đến trên $80^\circ\text{F}$) và lựa chọn mỡ bôi trơn gốc Canxi chịu nước cho phanh thủy lực, mỡ gốc Natri chịu nhiệt hoặc mỡ tổng hợp Liti.
  • Kỹ năng thực hành quy trình: Thực hiện chuẩn xác các thao tác nâng cần, hãm tời, đặt bộ dụng cụ lên chạc, tháo/vặn ren cần bằng đầu mèo, đóng mở chốt elevator, thả bộ dụng cụ an toàn khi khoan Rôto và Topdrive trên mô hình thực hành giàn khoan.

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình được thiết kế tương thích với phương pháp giảng dạy kỹ thuật tích cực, phân định rõ vai trò của người dạy và người học:

  • Phương pháp giảng dạy của giảng viên:
    • Kết hợp thuyết trình nêu vấn đề, phân tích sơ đồ động học với thao tác làm mẫu trực tiếp trên thiết bị và mô hình mô phỏng khoan.
    • Tổ chức chia ca, chia nhóm thực hành trên hệ thống mô phỏng công nghệ khoan tĩnh và động.
    • Xây dựng bài tập tình huống thực tế về các sự cố hãm tời, kẹt cáp, mất áp suất khí nén điều khiển và quá nhiệt bề mặt tang phanh.
  • Phương pháp học tập của sinh viên:
    • Hoạt động nhóm: Phân chia nhóm nhỏ từ 2 đến 3 người học. Trưởng nhóm phân công nhiệm vụ nghiên cứu tài liệu, chuẩn bị chủ đề thảo luận (phân tích kết cấu phanh, lập quy trình bảo dưỡng bôi trơn, quy trình nâng hạ bộ khoan cụ) trước khi lên lớp lý thuyết và xưởng thực hành.
    • Hoàn thành đầy đủ hồ sơ ghi chép, bảng kiểm thao tác và báo cáo thực hành nhóm.
  • Quy định chuyên cần và tự học:
    • Người học bắt buộc nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo trước giờ học.
    • Tham dự tối thiểu 70% thời lượng các buổi giảng lý thuyết và bắt buộc tham dự 100% thời lượng các buổi học thực hành (vắng $>0%$ số tiết thực hành không được dự thi kết thúc mô đun).
  • Phương thức kiểm tra và đánh giá kết quả:
    • Áp dụng Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy theo Thông tư 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.
    • Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%): Gồm 1 cột kiểm tra thường xuyên sau 5 giờ học (hình thức quan sát, bảng kiểm, vấn đáp) và 4 cột kiểm tra định kỳ sau mỗi 15 giờ (hình thức tự luận, trắc nghiệm hoặc đánh giá sản phẩm học tập).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Thực hiện sau 105 giờ đào tạo, kết hợp thi lý thuyết tổng hợp (tự luận, trắc nghiệm) và kiểm tra kỹ năng thao tác trên mô hình mô phỏng. Đánh giá theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Giáo trình tích hợp các dữ liệu kỹ thuật thực tế từ các nhà sản xuất thiết bị khoan quốc tế, tạo cơ sở đối chiếu thực nghiệm:

  • Bảng thông số kỹ thuật so sánh 3 hệ thống chế tạo tời khoan:
    1. Hãng National Oilwell (Mỹ): Khảo sát các model 1625DE, 1625M (công suất 1850 kW, đường kính tang 915 mm, đường kính phanh 1575 mm, khối lượng 38,8–40 tấn), 1320D, 1300E (1200 kW), 80B (742 kW), 55P (520 kW), 45T (400 kW).
    2. Hệ thống tời Rumani: Dòng TF 35 (1500 kW, lực kéo cáp lớn nhất 440 kN), TF 25, TF 21, TF 15 (390 kW, lực kéo cáp 150 kN).
    3. Hệ thống tời Liên Xô: Dòng U2-55 (810 kW, đường kính tang 800 mm), U2-47 (900 kW), BU200Br, BU50Br, BU40Br (190 kW, cáp 25 mm).

Dữ liệu cho thấy tời của National Oilwell có dải công suất, kích thước tang phanh và cấp tốc độ vượt trội, giải thích lý do dòng thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong các công trình giàn khoan dầu khí hiện đại.

  • Cập nhật hệ thống điều khiển khí nén và an toàn: Mô tả cấu trúc mạch khí nén công nghiệp với các van điều khiển bốn cửa CRM1, van xupap phân phối CRTr, hệ thống ly hợp hơi MP1, MP2, MP3 cho phép chuyển đổi lưu tốc làm việc êm dịu và tự động hãm khi có sự cố.
  • Tích hợp hai công nghệ khoan hiện đại: Giáo trình cập nhật đồng thời quy trình vận hành nâng hạ theo phương pháp khoan bàn Rôto truyền thống và công nghệ truyền động đỉnh Topdrive tiên tiến.

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Giáo trình mô đun Hệ thống nâng hạ phục vụ cho các nhóm đối tượng cụ thể trong công tác đào tạo và sản xuất:

  • Sinh viên, học viên ngành Dầu khí: Học sinh, sinh viên theo học hệ Trung cấp, Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp chuyên ngành kỹ thuật khai thác mỏ – địa chất.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức đại cương (An toàn vệ sinh lao động - SAEN52001, Pháp luật, Tin học) và khối kỹ thuật cơ sở (Vẽ kỹ thuật - MECM52003, Điện kỹ thuật cơ bản - ELEO53012, Cơ sở điều khiển quá trình - AUTM52111, Địa chất cơ sở - PETD53031, Cơ sở khoan - PETD53033, Thí nghiệm dung dịch khoan - PETD53137).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn hóa, xây dựng giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành và ngân hàng đề thi kiểm tra theo bộ chuẩn đầu ra A1, B1, C1, C3.
  • Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật giàn khoan: Dùng làm tài liệu tra cứu thông số kỹ thuật, quy trình bôi trơn, kiểm tra hệ thống khí nén và bảo dưỡng định kỳ cụm tời, tháp khoan, hệ ròng rọc trên các công trình giàn khoan thăm dò và khai thác dầu khí ngoài khơi hoặc đất liền.

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho công nhân, kỹ thuật viên vận hành hệ thống nâng hạ giàn khoan.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật cơ bản, Cơ sở điều khiển quá trình, Địa chất cơ sở, Cơ sở khoan và Thí nghiệm dung dịch khoan trước khi học mô đun này.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác là gì?

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào phân tích cấu tạo cơ khí, mạch điều khiển khí nén, hệ thống bôi trơn tiêu chuẩn SAE và dành 87/105 giờ cho thực hành vận hành trên mô hình khoan thực tế theo cả hai công nghệ: Rôto và Topdrive.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu kỹ lý thuyết tính toán kích thước tang tời, dung lượng cáp, sơ đồ van khí nén trước khi lên lớp; thực hiện thảo luận nhóm (2–3 người) và tham gia đầy đủ 100% thời lượng thao tác thực hành tại xưởng mô hình.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình trích dẫn và khuyến nghị tham khảo các tài liệu chuyên ngành:

  • Vũ Văn Thựng (1987), Sửa chữa thiết bị khoan.
  • Trương Minh Thông (1987), Thiết bị khoan.
  • Tô Xuân Giáp (1998), Công việc của người thợ sửa chữa cơ khí.
  • Lê Phước Hào dịch (1995), Kỹ thuật khoan dầu khí, NXB Giáo dục.
  • Trương Quốc Thành, PTS. Phạm Quang Dũng, Máy và thiết bị nâng, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  • TS. Nguyễn Văn Giáp, Bài giảng thiết bị khoan thăm dò, NXB Hà Nội.
  • Tài liệu Hướng dẫn sử dụng tời khoan Y2-55.

Kết luận (150 từ)

Giáo trình mô đun Hệ thống nâng hạ (PETD54140) cung cấp hệ thống kiến thức kỹ thuật hoàn chỉnh về phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, bảo dưỡng và vận hành các thiết bị nâng hạ giàn khoan dầu khí (tời khoan, tháp khoan, hệ ròng rọc). Với tỷ trọng 87 giờ thực hành trên tổng số 105 giờ đào tạo, giáo trình trang bị năng lực thao tác quy trình vận hành khoan Rôto và Topdrive đạt chuẩn an toàn kỹ thuật.

Theo tiến trình đào tạo, sau khi hoàn thành mô đun này, người học tiếp tục học tập các mô đun chuyên môn tiếp theo gồm: Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141), Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá (PETD55142), Hệ thống chống ống và trám xi măng (PETD54143) và hoàn tất bằng kỳ Thực tập sản xuất (PETD54246) tại các đơn vị khoan khai thác dầu khí.