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

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình "Hệ thống nâng hạ" (Mã mô đun: PETD54140) là học phần chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng, được ban hành chính thức 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). Giáo trình do Ks. Phạm Thế Anh làm chủ biên, cùng sự tham gia biên soạn của nhóm tác giả Nguyễn Ngọc Thanh Trung và Phạm Hữu Tài.

Trong cấu trúc khung chương trình đào tạo gồm 87 tín chỉ (2040 giờ), mô đun có khối lượng 4 tín chỉ với tổng thời lượng 105 giờ (14 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận và 4 giờ kiểm tra). Về tiến trình đào tạo, mô đun được bố trí học sau các môn học cơ sở, môn Hệ thống phát lực (PETD62138), Thí nghiệm dung dịch khoan (PETD53137) và được giảng dạy trước mô đun Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học chuẩn đầu ra toàn diện:

  • Về kiến thức (A1): Liệt kê đầy đủ các thiết bị; trình bày chính xác cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cụm thiết bị nâng hạ trên giàn khoan dầu khí.
  • Về kỹ năng (B1): Phân tích các dạng tháp khoan; xây dựng quy trình kỹ thuật vận hành, bảo dưỡng định kỳ; thực hiện thành thạo thao tác vận hành trên mô hình khoan thực hành.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C3): Tuân thủ tuyệt đối quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, nội quy xưởng thực hành và quy trình vận hành thiết bị cơ - điện - tự động hóa; kiểm soát thao tác để ngăn ngừa sự cố và hư hại thiết bị.

Giáo trình được cấu trúc thành 5 bài học, tiếp cận từ tổng quan sơ đồ tổ hợp đến cấu tạo chi tiết từng thiết bị thành phần và quy trình vận hành thực hành. Điểm đặc thù của giáo trình là sự kết hợp chặt chẽ giữa tính toán kỹ thuật cơ khí với 87 giờ thực hành trực tiếp trên mô hình khoan.

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

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình phân chia nội dung giảng dạy qua 5 bài học cụ thể:

  • Bài 1: Tổng quan về hệ thống nâng hạ (1 giờ lý thuyết): Phân tích chức năng biến đổi chuyển động quay của tang tời thành chuyển động tịnh tiến thẳng đứng của móc nâng; giới thiệu sơ đồ tổ hợp thiết bị khoan, sơ đồ truyền động và sơ đồ nguyên lý hệ thống nâng hạ gồm 8 bộ phận chủ chốt: Tháp khoan (Derrick), Cáp khoan (Drilling line), Tời khoan (Drawworks), Ròng rọc cố định (Crown block), Ròng rọc động (Traveling block), Móc nâng (Hook), Điểm mắc cáp chết (Deadline tiedown anchor) và Cuộn cáp dự trữ (Supply reel).
  • Bài 2: Tời khoan (5 giờ lý thuyết): Trình bày chức năng kéo thả cần/ống chống, treo bộ khoan cụ và truyền động rô-to; khảo sát cấu tạo vỏ tời, trục tời, tang tời, đầu mèo, bảng điều khiển, hệ thống điều khiển khí nén (các van phân phối CRTr, CRĐ, xupap C1-C5, xi lanh S1, ly hợp hơi MP1-MP3), hệ thống làm mát và bôi trơn; phân tích hộp số, phanh chính (phanh băng đơn giản, phanh băng có bộ hãm phụ) và phanh phụ (phanh thủy lực, phanh điện động lực).
  • Bài 3: Tháp khoan (4 giờ lý thuyết): Khảo sát cấu trúc tháp, thông số cơ bản, các thành phần tải trọng tác dụng lên tháp; phân loại tháp khoan (tháp néo dây lắp trên rơ-moóc, tháp chữ A) và quy trình bảo dưỡng tháp.
  • Bài 4: Hệ ròng rọc (2 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra/thực hành): Khảo sát chức năng, nguyên lý hoạt động, cấu tạo chi tiết và quy trình bảo dưỡng ròng rọc tĩnh, ròng rọc động, móc nâng, quang treo, elevator cùng các thiết bị phụ trợ.
  • Bài 5: Vận hành hệ thống nâng hạ trên mô hình thực hành khoan dầu khí động (92 giờ, gồm 2h lý thuyết, 87h thực hành, 3h kiểm tra): Cung cấp các yêu cầu an toàn, yêu cầu kỹ thuật và quy trình thực hành di chuyển cần khoan trên bề mặt và kéo thả cột cần khoan theo 2 phương pháp: Khoan bàn xoay Rô-to (Rotary drilling) và Khoan bằng đầu động lực (Topdrive).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán và nguyên lý cơ học ứng dụng trong thiết bị khoan:

  • Nguyên lý truyền động cơ học và động học tời khoan: Phân tích sơ đồ động học tời 4 trục truyền với 3 bộ ly hợp bánh hơi (A, B, C), tạo ra 4 cấp tốc độ dẫn động tang tời và 3 cấp tốc độ cho bàn quay rô-to.
  • Hệ thống công thức tính toán thông số tang tời và cáp:
    • Đường kính tang tời: $D_t > 400\delta$ (với $\delta$ là đường kính sợi cáp) hoặc chọn theo đường kính cáp $d_0$ (từ $18d_0$ đến $72d_0$ tùy kết cấu cáp $6\times 7, 6\times 19, 6\times 37, 8\times 19$).
    • Chiều dài tang tời: $L_t = (1,2 \div 2,2) D_t$.
    • Chiều dày thành tang tời: $\delta = (0,03 \div 0,07) D_t$.
    • Vận tốc cuốn cáp: $V = V_m \cdot m$, với vận tốc móc nâng cực tiểu xác định qua công suất động cơ: $V_{m_{min}} = \frac{N_{dc} \cdot \eta}{Q_{m_{max}}}$.
    • Chiều dài cáp cuốn nhiều lớp ($z$ lớp, $n$ vòng) tính theo cấp số cộng đường kính: $D_z = D_T + (2z-1)d_0$ kết hợp các hệ số quấn chặt $a = 0,95$ và $b = 0,93$ (với $z \ge 2$).
    • Khoảng cách bố trí ròng rọc phụ: $H = \frac{L_T}{2 \tan\alpha}$, với góc lệch cáp tiêu chuẩn $\alpha = 45' \div 1^\circ 30'$.
  • Cơ chế truyền động khí nén và hãm nhiệt: Nguyên lý làm việc của ly hợp bánh hơi truyền mô-men bằng ma sát; nguyên lý hấp thụ 85% nhiệt lượng của phanh thủy lực (nước làm việc ở nhiệt độ $\approx 80^\circ\text{C}$) và nguyên lý tạo mô-men hãm không phụ thuộc tốc độ của phanh điện động lực thông qua từ thông và dòng fucô sinh ra ở rô-to.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc hiểu và phân tích sơ đồ động học tời khoan, sơ đồ mạch điều khiển khí nén; tính toán các thông số hình học của tang tời và hệ thống cáp truyền động; tra cứu và lựa chọn chủng loại dầu nhớt (SAE 5w-50, SAE 75-250, SAE 10w đến SAE 40) và mỡ bôi trơn (gốc natri chịu nhiệt $>200^\circ\text{F}$, gốc canxi kháng nước, gốc liti) theo điều kiện nhiệt độ vận hành.
  • Kỹ năng phân tích: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa các dòng tời khoan công nghiệp (National Oilwell của Mỹ, dòng TF của Rumani, dòng U2/BU của Liên Xô) về công suất, lực kéo cáp cực đại, đường kính phanh và số cấp vận tốc.
  • Năng lực thực hành chuyên môn: Xây dựng quy trình vận hành và bảo dưỡng tời khoan, tháp khoan, hệ ròng rọc; thao tác vận hành nâng hạ bộ khoan cụ trên mô hình khoan đạt chuẩn an toàn cho cả hai công nghệ khoan Rô-to và Topdrive.

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

Giáo trình được thiết kế phục vụ phương pháp giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết và thực hành nghề nghiệp:

  • Phương pháp tiếp cận sư phạm:
    • Đối với người dạy: Áp dụng các phương pháp dạy học tích cực bao gồm nêu vấn đề, thuyết trình - diễn trình, thao tác làm mẫu trên thiết bị/mô hình, hướng dẫn sinh viên đọc tài liệu chuyên ngành, phân tích các bài tập tình huống thực tế và điều phối thảo luận nhóm.
    • Tổ chức giảng dạy: Phân chia lớp học thành các ca và nhóm nhỏ phù hợp với công suất của phòng học chuyên môn hóa và phòng mô hình khoan dầu khí.
  • Cơ cấu bài tập và thực hành:
    • Sinh viên được chia thành các nhóm nhỏ (2–3 người), nhận chủ đề thảo luận trước giờ học lý thuyết để tự phân công nghiên cứu, thảo luận và viết báo cáo nhóm.
    • Thời lượng thực hành chiếm ưu thế tuyệt đối (87/105 giờ), tập trung rèn luyện các bước chuẩn bị vật tư, kiểm tra an toàn, kiểm tra kỹ thuật và thực thi quy trình vận hành tời, ròng rọc và nâng hạ cột cần trên mô hình mô phỏng.
  • Phương pháp kiểm tra, đánh giá:
    • Thực hiện theo quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội).
    • Trọng số điểm: Điểm quá trình chiếm 40% (bao gồm điểm kiểm tra thường xuyên hệ số 1 và kiểm tra định kỳ hệ số 2); Điểm thi kết thúc mô đun chiếm 60%.
    • Hình thức: Kiểm tra thường xuyên bằng quan sát, hỏi đáp, bảng kiểm (sau 5 giờ học); Kiểm tra định kỳ bằng tự luận, trắc nghiệm và đánh giá sản phẩm học tập (4 cột điểm sau mỗi 15 giờ); Thi kết thúc mô đun kết hợp lý thuyết và đánh giá kỹ năng trên mô hình thực hành sau 105 giờ. Điểm tính theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.
  • Quy định chuyên cần và tự học:
    • Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành (vắng $>30%$ lý thuyết hoặc $>0%$ thực hành phải học lại mô đun).
    • Nghiên cứu tài liệu học tập, giáo án và quy trình thực hành trước khi lên lớp; thực hiện nghiêm túc nội quy an toàn lao động và bảo hộ tại xưởng.

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Giáo trình "Hệ thống nâng hạ" phản ánh các chuẩn mực kỹ thuật công nghiệp dầu khí thực tế thông qua các nội dung cập nhật:

  • Tích hợp song song hai công nghệ khoan hiện đại: Nội dung bài 5 xây dựng quy trình thực hành vận hành hệ thống nâng hạ chuyên biệt cho cả hai công nghệ: Khoan bàn xoay Rô-to truyền thống và Khoan bằng hệ thống đầu động lực trên cao Topdrive (Top Drive System).
  • Hệ thống hóa dữ liệu kỹ thuật công nghiệp quốc tế: Giáo trình cung cấp bảng so sánh thông số kỹ thuật chi tiết của các dòng tời khoan thực tế từ ba nền công nghiệp:
    • Hãng National Oilwell (Mỹ): Dòng tời 1625DE, 1625M (công suất 1850 kW, đường kính tang 915 mm), 1320D, 1300E (1200 kW), 80B (742 kW), 55P (520 kW), 45T (400 kW).
    • Rumani: Các model TF 35 (1500 kW, lực kéo max 440 kN), TF 25, TF 25*, TF 21, TF 15 (390 kW).
    • Liên Xô: Các model U2-55 (810 kW, cáp 33 mm), U2-47, U2-18, BU200Br, BU50Br, BU40Br.
    • Kèm theo các phân tích kỹ thuật về tương quan công suất, dải vận tốc, kích thước tang phanh và hiệu năng nâng hạ của từng hệ thống.
  • Quy chuẩn hóa hệ thống khí nén và bảo dưỡng: Cung cấp sơ đồ chi tiết cơ cấu điều khiển khí nén tời khoan (MP1, MP2, MP3, van CRTr, CRĐ, xi lanh phanh S1, bộ thoát khí S2). Quy chuẩn hóa quy trình bôi trơn theo bảng phân loại độ nhớt dầu SAE và chất đông đặc xà phòng của mỡ bôi trơn (Natri, Canxi, Liti) thích ứng với nhiệt độ môi trường từ dưới $0^\circ\text{F}$ đến trên $80^\circ\text{F}$.

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

  • Sinh viên chuyên ngành: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo kỹ thuật dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun này, người học cần hoàn thành khối kiến thức kỹ thuật cơ sở và chuyên ngành bao gồm:
    • Vẽ kỹ thuật - 1 (MECM52003)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012)
    • Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111)
    • Địa chất cơ sở (PETD53031)
    • Cơ sở khoan (PETD53033)
    • Hệ thống phát lực (PETD62138)
    • Hệ thống khí nén (PETD62139)
    • Thí nghiệm dung dịch khoan (PETD53137)
  • Giảng viên: Tài liệu chuẩn để thiết kế giáo án tích hợp, phân chia ca kíp giảng dạy lý thuyết, hướng dẫn thảo luận chuyên đề và xây dựng phiếu kiểm tra kỹ năng thực hành trên mô hình khoan.
  • Kỹ thuật viên và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu tra cứu tại giàn khoan phục vụ công tác nắm bắt sơ đồ truyền động, thông số kỹ thuật tời khoan, quy trình bôi trơn và bảo dưỡng tháp khoan, hệ ròng rọc.

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên bậc Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, giảng viên giảng dạy chuyên ngành khoan và cán bộ kỹ thuật vận hành thiết bị nâng hạ tại các giàn khoan.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần tích lũy kiến thức từ các môn học kỹ thuật cơ sở (Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật cơ bản, Cơ sở điều khiển quá trình) và các môn học chuyên môn liên quan trực tiếp như Cơ sở khoan, Hệ thống phát lực, Hệ thống khí nén.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu khác?

Giáo trình tập trung vào tỷ trọng thực hành cao (87/105 giờ trên mô hình khoan thực tế), phân tích chi tiết sơ đồ động học tời 4 trục, sơ đồ mạch khí nén công nghiệp, bảng thông số kỹ thuật thực tế của các hãng sản xuất lớn (National, Rumani, Liên Xô) và tích hợp song song hai quy trình vận hành Khoan Rô-to và Khoan Topdrive.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu trước tài liệu theo hệ thống câu hỏi cuối mỗi bài, lập nhóm 2–3 người để giải quyết bài tập tình huống, phân tích kỹ các công thức tính toán tang tời/hệ ròng rọc và đảm bảo tham gia 100% các buổi thực hành trên mô hình.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình đi kèm danh mục tài liệu tham khảo chuyên sâu, bao gồm các công trình nghiên cứu về thiết bị khoan của Vũ Văn Thựng (1987), Trương Minh Thông (1987), Tô Xuân Giáp (1998), Lê Phước Hào dịch (1995), Trương Quốc Thành & Phạm Quang Dũng, Nguyễn Văn Giáp, cùng tài liệu hướng dẫn vận hành tời khoan Y2-55.

Kết luận (150 từ)

Giáo trình mô đun "Hệ thống nâng hạ" cung cấp đầy đủ hệ thống lý thuyết cấu tạo, công thức tính toán cơ khí và quy trình thao tác thực hành cho toàn bộ cụm thiết bị nâng hạ giàn khoan dầu khí (tời khoan, tháp khoan, hệ ròng rọc).

Lộ trình học tập đề xuất:

  1. Tiếp thu kiến thức nguyên lý tổ hợp và cơ cấu cơ - khí nén (Bài 1 đến Bài 4).
  2. Rèn luyện 87 giờ kỹ năng vận hành và bảo dưỡng trên mô hình khoan động theo công nghệ Rô-to và Topdrive (Bài 5).
  3. Đạt chuẩn đầu ra A1, B1, C1, C3 để tiếp tục học tập mô đun Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141), Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan (PETD55142) và tham gia Thực tập sản xuất (PETD54246).

Người học cần kết hợp tra cứu các tài liệu tham khảo chuyên ngành được chỉ định trong chương trình để củng cố nền tảng chuyên môn toàn diện.