Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hệ thống tuần hoàn dung dịch (Mã mô đun: KKT19MĐ41) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) ban hành kèm theo Quyết định số 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020. Tài liệu do nhóm tác giả gồm Ks. Phạm Thế Anh (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Thanh Trung và Hoàng Trọng Quang biên soạn.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo 87 tín chỉ (2040 giờ), mô đun KKT19MĐ41 có khối lượng 4 tín chỉ với tổng thời lượng 105 giờ. Vị trí của mô đun được bố trí trong nhóm các môn học/mô đun chuyên môn ngành, nghề (Mục II.2), giảng dạy sau các môn kỹ thuật cơ sở như Cơ sở khoan (KKT19MH33), Địa chất cơ sở (KKT19MH31), Thí nghiệm dung dịch khoan (KKT19MĐ37) và được học trước mô đun Hệ thống kiểm soát giếng khoan (KKT19MĐ44, KKT19MĐ45).

Mô đun xác định rõ chuẩn đầu ra theo ba nhóm:

  • Kiến thức (A1, A2): Trình bày sơ đồ hệ thống tuần hoàn dung dịch; mô tả cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm piston, sàng rung, thiết bị tách khí, thiết bị tách cát, tách bùn và các thiết bị phụ trợ.
  • Kỹ năng (B1): Vận hành thành thạo hệ thống tuần hoàn dung dịch, hệ thống bơm piston, hệ thống bể chứa và làm sạch.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy định an toàn, phòng cháy chữa cháy, quy trình vận hành thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa; không để xảy ra sự cố trong quá trình thi công.

Giáo trình được xây dựng theo hướng tiếp cận thực hành - kỹ thuật ứng dụng, với thời lượng thực hành chiếm 87/105 giờ (tương đương 82,8% tổng thời lượng), tích hợp trực tiếp sơ đồ công nghệ và thông số kỹ thuật thực tế từ các đơn vị sản xuất dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                    HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH                                       |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+
        |
        +---> [BÀI 1] Khái quát hệ thống tuần hoàn dung dịch (1,5 giờ)
        |       * Vai trò hệ thống tuần hoàn kín trong khoan xoay có rửa
        |       * 4 Phân hệ: Hệ thống cao áp - Làm sạch - Pha trộn, bồn bể - Thấp áp
        |
        +---> [BÀI 2] Vận hành bơm dung dịch khoan (77 giờ)
        |       * Phân loại: Bơm tác dụng đơn/kép/nhiều lần; dạng đĩa/trụ; theo P và Q
        |       * Cấu tạo: Phần cơ khí (trục khuỷu, thanh truyền) & Phần thủy lực (xi lanh, piston, van)
        |       * Bình điều hòa khí Nitơ, nguyên lý tự mồi (PV = const), phương pháp chỉnh lưu lượng
        |       * Quy trình chạy thử (thử áp 37,5 MPa trong 5 phút), an toàn và bảo dưỡng định kỳ
        |
        +---> [BÀI 3] Vận hành hệ thống làm sạch dung dịch (16,5 giờ)
        |       * Thiết bị tách khí: Phương pháp cơ học, hóa lý, máy tách khí áp suất cao
        |       * Thiết bị tách cát (máy xoáy lốc thủy lực hydrocyclone, model ПГ-50) & Tách bùn
        |       * Hệ thống sàng rung, máng lắng, máy sấy khô mùn khoan & Lấy mẫu mùn khoan
        |
        +---> [BÀI 4] Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (10 giờ)
                * Vận hành hệ thống Manifold: Cụm ống đứng (standpipe), block điều tiết (choke manifold)
                * Vận hành bồn bể: Active tanks, Sand trap, Reserve tanks, Slug tanks, Chemical tanks
                * Thiết bị phụ trợ: Phễu Vortex Venture, bình trộn FSI, sensor siêu âm PVT

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 4 bài học chuyên đề được cấu trúc theo tiến trình công nghệ tuần hoàn dung dịch:

  • Bài 1: Khái quát hệ thống tuần hoàn dung dịch (1,5 giờ lý thuyết): Khái quát vai trò vận chuyển mùn khoan, làm mát choòng và giữ ổn định thành giếng; phân tích sơ đồ dòng chảy tuần hoàn kín; mô tả 4 phân hệ chính gồm: hệ thống cao áp (3 máy bơm khoan, cụm phân dòng, ống đứng, ống mềm cao áp, đầu xoay thủy lực/Topdrive), hệ thống làm sạch kiểm soát hạt rắn, hệ thống pha trộn và bồn bể chứa, hệ thống thấp áp (bơm ly tâm, đường ống cấp phụ trợ).
  • Bài 2: Vận hành bơm dung dịch khoan (77 giờ: 5 giờ lý thuyết, 70 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra): Tập trung vào máy bơm piston – thiết bị trung tâm tạo áp suất và lưu lượng trong hệ thống. Nội dung bao quát phân loại bơm (tác dụng đơn, tác dụng kép, tác dụng 3 lần lệch 120°, tác dụng 4 lần lệch 90°; piston dạng đĩa, piston dạng trụ); cấu tạo chi tiết phần cơ khí (bánh đà, bộ truyền bánh răng, trục khuỷu, thanh truyền tráng babít, bulông biên thép CT45, con trượt) và phần thủy lực (xi lanh thép thấm carbon, piston thép hợp kim 58–62 HRC, van thủy lực một chiều, van an toàn màng đàn hồi, bình điều hòa ổn áp nạp khí Nitơ); nguyên lý tự mồi và phương pháp điều chỉnh lưu lượng; quy trình chạy thử, kiểm tra áp suất thử 37,5 MPa trong 5 phút; quy trình bảo dưỡng bôi trơn theo các mốc 500 giờ và 4000 giờ; quy chuẩn an toàn lao động và bảng tổng hợp xử lý sự cố.
  • Bài 3: Vận hành hệ thống làm sạch dung dịch (16,5 giờ: 5,5 giờ lý thuyết, 10 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Khảo sát cấu tạo và nguyên lý của thiết bị tách khí (phương pháp cơ học, hóa lý, máy tách bọt khí, máy tách khí áp suất cao); thiết bị tách cát (hydrocyclone, thông số kỹ thuật thiết bị tách cát ПГ-50); thiết bị tách bùn (chùm hydrocyclone đường kính nhỏ); sàng rung (kích thước mắt lưới/inch); máy sấy khô mùn khoan và phương pháp thu thập mẫu mùn khoan tại sàng rung.
  • Bài 4: Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (10 giờ: 2 giờ lý thuyết, 7 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Hướng dẫn vận hành cụm phân dòng manifold, cụm ống đứng (standpipe), block điều tiết áp suất (choke manifold); quy trình vận hành hệ thống bể chứa gồm: bể làm việc (Active tanks), bể lắng (Sand trap), bể dự trữ (Reserve tanks), bể trộn (Slug tanks), bể hóa chất (Chemical tank); tích hợp các thiết bị phụ trợ như phễu trộn Vortex Venture, súng phun và máy khuấy FSI, đồng hồ đo lưu lượng dòng hồi (Return flow), cảm biến mức siêu âm (PVT ultrasonic sensors).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị các cơ sở khoa học và nguyên lý kỹ thuật:

  • Nguyên lý thủy lực thể tích và nhiệt động học chất khí: Ứng dụng định luật biến đổi đoạn nhiệt $P \cdot V = \text{const}$ để giải thích khả năng tự mồi của bơm piston và tính toán chiều cao hút tự mồi: $$h = \frac{P_a - P}{\gamma}$$
  • Cơ chế ổn áp và triệt tiêu dao động thủy lực: Cơ chế tích lũy năng lượng dòng chảy của bình điều hòa nạp khí Nitơ trên đường hút và đường đẩy nhằm giảm lực quán tính, chống hiện tượng va đập thủy lực.
  • Nguyên lý phân tách cơ học trong dung dịch: Sự kết hợp giữa lực trọng trường (bể lắng), sàng lọc cơ học theo kích thước hạt (sàng rung) và phân ly ly tâm (máy xoáy lốc thủy lực hydrocyclone) để kiểm soát hàm lượng hạt rắn mà không làm thất thoát lượng barite và chất lỏng nền.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thực hiện quy trình vận hành, chạy thử, kiểm tra độ đồng tâm, chỉnh định lưu lượng bằng thay đổi tốc độ vòng quay hoặc kích thước xi lanh - piston; thao tác đóng mở cụm van manifold; nạp khí Nitơ cho bình ổn áp; thu thập và sấy mẫu mùn khoan.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích các dấu hiệu bất thường qua biểu đồ áp suất, tiếng ồn gõ cơ khí, tiếng réo buồng van, hiện tượng xâm thực khí, hiện tượng búa nước hoặc nhiệt độ ty bơm để chẩn đoán nguyên nhân hỏng hóc.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thao tác đúng quy trình bảo dưỡng phòng ngừa (hàng ngày, hàng tháng, định kỳ 6 tháng); thực hiện công tác vận hành thiết bị trong khu vực phân loại nguy hiểm Zone 1 theo tiêu chuẩn an toàn phòng chống cháy nổ API RP500.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Mô đun KKT19MĐ41 áp dụng phương pháp dạy học tích cực, kết hợp chặt chẽ giữa giảng dạy lý thuyết ngắn trên lớp với thực hành trực tiếp tại xưởng thiết bị dầu khí và phòng mô hình khoan:

+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                    QUY TRÌNH ĐÀO TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ                                      |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+
  [Lý thuyết: 14 giờ]              [Thực hành: 87 giờ]             [Đánh giá: 4 giờ]
  - Thuyết trình ngắn, nêu vấn đề  - Xưởng thiết bị / Mô hình      - Kiểm tra thường xuyên: Sau 6 giờ (40%)
  - Thảo luận nhóm (8-10 người)    - Vận hành bơm, manifold, bể    - Kiểm tra định kỳ: Sau 60 giờ   (Hệ số 2)
  - Đọc tài liệu, giải quyết case  - Thao tác bảo dưỡng, thử áp    - Thi kết thúc mô đun: Sau 105 giờ (60%)
  • Phương pháp giảng dạy của giáo viên: Áp dụng phương pháp diễn giảng tích cực, nêu vấn đề kết hợp phương tiện trực quan (máy chiếu, mô hình thiết bị, hình ảnh bản vẽ kỹ thuật); phân chia nhóm thảo luận (8–10 người học/nhóm) để giao chủ đề tình huống kỹ thuật (như xử lý rò rỉ khớp nối, tụt áp suất bơm, tắc phin lọc).
  • Nhiệm vụ và phương pháp học tập của học sinh/sinh viên:
    • Chủ động nghiên cứu trước giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp.
    • Tham gia thảo luận nhóm, phân công thành viên phụ trách từng nội dung kỹ thuật và viết báo cáo nhóm.
    • Tuân thủ quy định chuyên cần: Tham dự tối thiểu 70% số giờ giảng lý thuyết (vắng $>30%$ phải học lại mô đun) và tham dự đủ 100% các buổi học thực hành tại xưởng.
  • Quy trình kiểm tra và đánh giá: Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội):
    • Đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm 01 cột điểm kiểm tra thường xuyên sau 6 giờ (hình thức tự luận/trắc nghiệm/hỏi miệng, đánh giá chuẩn đầu ra A1, A2, C1) và 01 cột điểm kiểm tra định kỳ sau 60 giờ (hệ số 2, hình thức lý thuyết kết hợp thực hành, đánh giá A1, A2, B1, C1).
    • Đánh giá kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Thực hiện sau 105 giờ đào tạo, kết hợp thi viết/trắc nghiệm và thao tác thực hành trực tiếp trên thiết bị (đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra A1, A2, B1, C1).
    • Thang điểm: Chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), tính điểm tổng hợp mô đun rồi quy đổi sang thang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp dữ liệu công nghệ từ các đơn vị sản xuất thực tế: Giáo trình cập nhật trực tiếp tài liệu kỹ thuật, quy trình vận hành và sơ đồ thiết bị từ các doanh nghiệp dầu khí lớn tại Việt Nam, bao gồm: Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro, Tổng Công ty Cổ phần Khoan và Dịch vụ Khoan Dầu khí (PVD Offshore) và hệ thống tuần hoàn dung dịch trên giàn khoan tự nâng Tam Đảo 03.
  • Chuẩn hóa an toàn theo tiêu chuẩn quốc tế: Toàn bộ hệ thống thiết bị làm sạch dung dịch được đối chiếu thiết kế và vận hành theo tiêu chuẩn an toàn API RP500 dành cho khu vực nguy hiểm phân vùng Zone 1 (khu vực thường xuyên xuất hiện môi trường khí cháy nổ, dầu, parafin).
  • Cập nhật hệ thống thiết bị chuyên dụng của các hãng sản xuất:
    • Thiết bị pha chế: Phễu trộn hóa chất của hãng Vortex Venture, thiết bị máy khuấy và súng phun bồn bể của hãng FSI, thiết bị đầu trộn nhanh barite.
    • Thiết bị đo lường & tự động hóa: Cảm biến siêu âm đo thể tích bể chứa PVT (Ultra sonic sensors), đồng hồ đo lưu lượng dòng dung dịch hồi về giàn (Return flow sensor), thiết bị đo mức tại bể đo dung tích nhỏ (Trip tank).
    • Thiết bị công nghệ làm sạch: Thông số kỹ thuật của máy tách cát công nghiệp model ПГ-50, hệ thống máy sấy khô mùn khoan và thiết bị đầu quay di động (Topdrive) thay thế cho cụm đầu xoay thủy lực truyền thống.
  • Quy chuẩn kiểm tra áp suất và định mức bảo dưỡng chi tiết: Đưa ra các chỉ số kỹ thuật bắt buộc trong công nghiệp: hộp thủy lực làm việc ở áp suất 25 MPa (250 kG/cm²) phải chịu thử áp suất 37,5 MPa (375 kG/cm²) trong 5 phút; giới hạn tăng công suất bơm không quá 10% trong 5 phút; mốc xả dầu chạy rà sau 500 giờ đầu tiên và thay dầu định kỳ sau mỗi 4000 giờ làm việc; duy trì mức dầu bôi trơn cách vạch thủy tinh 2 inch.

Đối tượng sử dụng giáo trình

+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                      ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG VÀ YÊU CẦU                                     |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+
  [Học sinh / Sinh viên]             [Giảng viên chuyên ngành]       [Kỹ sư / Kỹ thuật viên]
  - Ngành: Khoan khai thác dầu khí   - Thiết kế bài giảng, giáo án   - Tham khảo quy trình vận hành
  - Trình độ: Cao đẳng (KKT19)       - Hướng dẫn thực hành xưởng     - Tra cứu thông số bảo dưỡng bơm
  - Yêu cầu: Đã học 8 môn tiên quyết - Đánh giá chuẩn A1, A2, B1, C1 - Xử lý sự cố thiết bị Zone 1
  • Học sinh, sinh viên: Sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, học viên các chương trình đào tạo kỹ thuật viên vận hành thiết bị giàn khoan dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học, mô đun nền tảng trong chương trình đào tạo:
    • Nhóm kỹ thuật cơ sở: Vẽ kỹ thuật - 1 (CK19MH01), Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12), Hóa đại cương (CNH19MH09), Địa chất cơ sở (KKT19MH31), An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01).
    • Nhóm chuyên môn: Địa chất dầu khí (KKT19MH32), Cơ sở khoan (KKT19MH33), Nguyên lý phá hủy đất đá (KKT19MH36), Thí nghiệm dung dịch khoan (KKT19MĐ37), Hệ thống nâng hạ (KKT19MĐ40).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm khung tài liệu giảng dạy chuẩn, biên soạn giáo án lý thuyết, bài tập tình huống thảo luận và phiếu hướng dẫn luyện tập kỹ năng thực hành tại xưởng; thiết lập công cụ đánh giá kiểm tra thường xuyên, định kỳ và thi tốt nghiệp môn học.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Dùng làm tài liệu tra cứu quy trình vận hành cụm bơm piston, bảo dưỡng hệ thống van công nghiệp, kiểm soát hạt rắn tại giàn khoan đất liền và công trình biển.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ giảng dạy cho sinh viên bậc Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, đồng thời là tài liệu tham khảo nghiệp vụ cho kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật làm việc tại các hệ thống tuần hoàn dung dịch trên giàn khoan thăm dò và khai thác.

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

Người học bắt buộc phải tích lũy các kiến thức về Cơ sở khoan, Thí nghiệm dung dịch khoan, Hóa đại cương, Điện kỹ thuật cơ bản và Cơ sở điều khiển quá trình để tiếp thu nguyên lý hoạt động của bơm thể tích và các cụm van điều khiển tự động.

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 đào tạo nghề với 82,8% thời lượng là thực hành kỹ thuật (87/105 giờ), tập trung sâu vào quy trình thao tác máy bơm piston, hệ thống bồn bể và thiết bị làm sạch, gắn liền với số liệu thiết bị thực tế tại Vietsovpetro, PVD Offshore và giàn khoan Tam Đảo 03 theo chuẩn API RP500.

4. Phương pháp tự học và làm việc nhóm được hướng dẫn như thế nào?

Người học được tổ chức thành các nhóm từ 8–10 người, nhận chủ đề kỹ thuật trước buổi học, tiến hành nghiên cứu tài liệu, thảo luận, phân chia nhiệm vụ và lập báo cáo kỹ thuật; đồng thời phải tuân thủ kỷ luật học tập (vắng quá 30% lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào đều phải học lại mô đun).

5. Những tài liệu tham khảo chính được sử dụng để biên soạn giáo trình gồm những gì?

Giáo trình trích dẫn 4 nguồn tài liệu kỹ thuật chính:

  1. Cơ sở khoan và khai thác dầu khí – TS. Lê Phước Hảo, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2006.
  2. Kỹ thuật khoan dầu khí – J. Nguyen, NXB Giáo dục, 1995.
  3. Thiết bị khoan – Trương Minh Thông, 1987.
  4. Hướng dẫn vận hành tời khoan Ultrahoist 500-3000 Drawworks – Xí nghiệp Khoan & Sửa giếng, Liên doanh Việt - Nga "Vietsovpetro", 2012.

Kết luận

Giáo trình Hệ thống tuần hoàn dung dịch (KKT19MĐ41) cung cấp toàn diện cấu trúc kỹ thuật, nguyên lý thủy lực và quy trình thao tác thực tế đối với các thiết bị tuần hoàn dung dịch khoan dầu khí. Với trọng tâm thực hành chiếm hơn 80% thời lượng, tài liệu định hình rõ các kỹ năng vận hành bơm piston, hệ thống làm sạch và bồn bể theo tiêu chuẩn an toàn ngành.

Mô đun đóng vai trò nền tảng bắt buộc để người học chuyển tiếp sang các học phần chuyên sâu tiếp theo trong chương trình đào tạo, bao gồm: Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá (KKT19MĐ42), Hệ thống chống ống và trám xi măng (KKT19MĐ43), Hệ thống kiểm soát giếng khoan 1 & 2 (KKT19MĐ44, KKT19MĐ45), trước khi bước vào giai đoạn Thực tập sản xuất (KKT19MĐ46) và Khóa luận tốt nghiệp (KKT19MĐ47). Người học có thể khai thác thêm các tài liệu kỹ thuật của Vietsovpetro và tiêu chuẩn API RP500 để củng cố chuyên môn.