Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hệ thống tuần hoàn dung dịch (Mã mô đun: PETD54141) là tài liệu giảng dạy chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng. Giáo trình 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 (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) và được phát hành lưu hành nội bộ vào tháng 6 năm 2022 tại Bà Rịa - Vũng Tàu. Đội ngũ biên soạn gồm Ks. Phạm Thế Anh (Chủ biên) cùng các tác giả Nguyễn Ngọc Thanh Trung và Hoàng Trọng Quang.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí (tổng thể 87 tín chỉ, 2040 giờ), mô đun có thời lượng 4 tín chỉ (105 giờ đào tạo), được bố trí giảng dạy sau các học phần kỹ thuật và chuyên môn cơ sở như Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Cơ sở khoan (PETD53033), Địa chất cơ sở (PETD53031), Thí nghiệm dung dịch khoan (PETD53137) và Hệ thống nâng hạ (PETD54140). Đây là học phần tiên quyết trước khi người học tiếp cận mô đun Hệ thống kiểm soát giếng khoan 1 & 2 (PETD55144, PETD63145) và Hệ thống chống ống và trám xi măng (PETD54143).

Mục tiêu học tập của mô đun được xác định qua ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức (A1–A2): Trình bày được sơ đồ tuần hoàn dung dịch kín; phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm piston áp lực cao, sàng rung, thiết bị tách khí, thiết bị tách cát, thiết bị tách bùn và các cụm bồn bể phụ trợ.
  • Chuẩn kỹ năng (B1): Vận hành và bảo dưỡng thành thạo các thiết bị trong hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan theo đúng quy trình kỹ thuật.
  • Chuẩn năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy theo chuẩn công nghiệp, nội quy nhà xưởng và đảm bảo không để xảy ra sự cố hỏng hóc thiết bị.

Giáo trình tiếp cận theo mô hình tích hợp lý thuyết - thực hành, gồm 4 bài học kết nối trực tiếp với thực tế sản xuất tại Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro, PVD Offshore và cấu hình hệ thống trên giàn khoan tự nâng Tam Đảo 03.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 4 bài học chuyên đề được cấu trúc từ tổng quan hệ thống đến chi tiết từng cụm thiết bị công nghệ:

[Hệ thống tuần hoàn kín]
  • Bài 1: Khái quát hệ thống tuần hoàn dung dịch (1,5 giờ): Giới thiệu chức năng của hệ thống tuần hoàn trong việc vận chuyển mùn khoan từ đáy giếng lên bề mặt; phân tích cấu trúc vòng tuần hoàn kín từ hố hút, máy bơm áp lực cao, cụm ống đứng (standpipe), ống mềm cao áp, đầu xoay thủy lực (hoặc Topdrive), chuỗi cần khoan, vòi phun choòng khoan, khoảng không vành xuyến trở về hệ thống làm sạch và bồn bể; phân định rõ hệ thống cao áp (3 máy bơm dung dịch, manifold dập giếng, manifold phân dòng xi măng), hệ thống thấp áp (các bơm ly tâm mồi, bơm trộn, bơm cấp nước) và hệ thống pha trộn (phễu trộn Vortex Venture, súng phun FSI, đầu trộn nhanh Barite).
  • Bài 2: Vận hành bơm dung dịch khoan (77 giờ): Trình bày chi tiết máy bơm piston – thiết bị quan trọng nhất của hệ thống tuần hoàn. Nội dung phân tích cơ chế làm việc của bơm piston tác dụng đơn, tác dụng kép; cấu tạo phần cơ khí (bánh đà, bộ truyền bánh răng, trục khuỷu, thanh truyền thép CT45, con trượt máng trượt) và phần thủy lực (hộp thủy lực chịu áp suất làm việc 25 MPa, xilanh thép thấm carbon, piston thép hợp kim 58–62 HRC, van thủy lực một chiều, van an toàn màng đàn hồi, bình ổn áp nạp khí Nitơ); phương pháp điều chỉnh lưu lượng $Q$; quy trình chạy thử máy (thử áp lực 37,5 MPa trong 5 phút); quy chuẩn bôi trơn làm mát ty bơm và các bước bảo dưỡng định kỳ (500 giờ, 4000 giờ).
  • Bài 3: Vận hành hệ thống làm sạch dung dịch (16,5 giờ): Khảo sát các thiết bị kiểm soát hạt rắn nhằm giảm thiểu chi phí dung dịch (vốn chiếm 10 ÷ 20% giá thành giếng khoan). Nội dung gồm: Sàng rung (phân loại kích thước mắt lưới theo số lỗ trên một inch dài); thiết bị tách khí cơ học và buồng tách khí chân không ngăn ngừa hiện tượng kick/phun trào giếng; thiết bị tách cát (hydrocyclone desander như model ПГ-50); thiết bị tách bùn (desilter); máy tách tổng hợp (mud cleaner để thu hồi bột nặng Barite) và máy sấy mùn khoan (cắt bùn khô).
  • Bài 4: Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (10 giờ): Hướng dẫn kỹ thuật vận hành cụm phân dòng manifold, cụm ống đứng, block điều tiết (choke manifold) và thiết bị đo áp suất ống chống; phân tích chức năng và sơ đồ liên kết của hệ thống bể chứa gồm Bể làm việc (Active tanks), Bể lắng cát (Sand trap), Bể dự trữ (Reserve tanks), Bể trộn dung dịch nặng (Slug tanks), Bể hóa chất (Chemical tanks), Bể kiểm tra thể tích giếng (Trip tank) cùng các thiết bị đo lường (cảm biến siêu âm PVT, đồng hồ Return flow).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  1. Thủy lực học giếng khoan và cơ học chất lỏng: Thiết lập mô hình chuyển động của chất lỏng công tác có tỷ trọng thay đổi trong mạch tuần hoàn kín; tính toán tổn thất áp suất và hiện tượng va đập thủy lực trong đường ống.
  2. Nguyên lý máy và cơ cấu truyền động thể tích: Phân tích cơ chế biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến qua cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - con trượt; nguyên lý tự mồi của bơm thể tích theo phương trình biến đổi trạng thái khí: $$P(W_0 + FS) = P_a W_0$$ Giải pháp giảm dao động lưu lượng và áp suất bằng bình điều hòa khí đàn hồi.
  3. Động học phân ly dị thể (Rắn - Lỏng - Khí): Cơ chế phân tách hạt rắn bằng dao động cơ học trên mặt lưới sàng rung; nguyên lý phân ly pha nhờ lực quán tính ly tâm trong máy xoáy lốc thủy lực (hydrocyclone); cơ chế giải phóng khí hòa tan bằng phương pháp va đập vách ngăn và chênh lệch áp suất.
  4. Tiêu chuẩn an toàn thiết bị dầu khí: Thiết kế và vận hành các cụm thiết bị làm sạch, bồn bể theo tiêu chuẩn phòng chống cháy nổ quốc tế API RP500 (Vùng nguy hiểm Zone 1).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác căn chỉnh khe hở máng trượt con trượt; tháo lắp và thay thế xilanh, piston, xupáp van thủy lực, màng đàn hồi bình điều hòa; nạp khí Nitơ cho bình ổn áp; thử áp lực tuyến ống và hộp thủy lực đạt ngưỡng 37,5 MPa.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Nhận diện và chẩn đoán nguyên nhân các sự cố công nghệ như tụt áp đường ống dẫn, kẹt van một chiều, mòn xilanh (vượt giới hạn cho phép 1,5 mm so với đường kính danh nghĩa), xâm thực khí tại cửa hút máy bơm và mất cân bằng lưu lượng hồi lưu qua cảm biến Return Flow.
  • Kỹ năng thực hành vận hành (Practical competencies): Phối hợp đóng mở hệ thống van trên choke manifold và standpipe; vận hành trạm phân phối pha trộn hóa chất qua phễu Vortex Venture; điều phối dung dịch qua các cấp bể lắng - bể hoạt động và thu thập mẫu mùn khoan tại sàng rung.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình triển khai phương pháp sư phạm tích cực, định hướng phát triển năng lực thao tác thực tế tại hiện trường cho sinh viên. Mô đun phân bổ tổng thời lượng 105 giờ với cơ cấu: 14 giờ lý thuyết (chiếm 13,3%), 87 giờ thực hành/thảo luận/bài tập (chiếm 82,9%) và 4 giờ kiểm tra đánh giá.

Phân bổ thời lượng mô đun PETD54141 (Tổng: 105 giờ)

Giảng viên tổ chức lớp học bằng các bài giảng diễn giảng ngắn kết hợp phương pháp nêu vấn đề, phân tích sơ đồ công nghệ và hướng dẫn sinh viên khai thác tài liệu kỹ thuật. Hệ thống bài tập tình huống được bố trí ở cuối mỗi bài học (ghép nối thuật ngữ chuyên ngành, phân tích sự cố áp suất, tính toán chế độ làm việc của bơm).

Phần thực hành được triển khai trực tiếp tại Xưởng thiết bị dầu khí và Phòng mô hình khoan với trang thiết bị, mô hình máy bơm piston, cụm sàng rung và van công nghiệp.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập tuân thủ Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

  • Đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm 01 bài kiểm tra thường xuyên (hỏi miệng/trắc nghiệm sau 6 giờ học) và 01 bài kiểm tra định kỳ (kết hợp tự luận, trắc nghiệm và thao tác thực hành sau 60 giờ học).
  • Thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Đánh giá toàn diện kiến thức (A1, A2) và kỹ năng thực hành (B1) sau 105 giờ. Điểm chấm theo thang điểm 10, quy đổi sang thang điểm chữ (A, B, C, D, F) và thang điểm 4.

Đối với sinh viên, tài liệu đưa ra hướng dẫn tự học theo nhóm (8–10 người/nhóm), yêu cầu chuẩn bị bài trước khi lên lớp, hoàn thành báo cáo chuyên đề và đặt ra điều kiện chuyên cần nghiêm ngặt: tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành để đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Tích hợp dữ liệu từ các công trình dầu khí thực tế: Giáo trình đưa vào các sơ đồ nguyên lý và thông số vận hành trích xuất trực tiếp từ các đơn vị sản xuất như Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro, Tổng công ty Cổ phần Khoan và Dịch vụ Khoan Dầu khí (PVD Offshore) và hệ thống tuần hoàn trên giàn khoan tự nâng Tam Đảo 03.
  2. Cập nhật danh mục thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn: Tài liệu mô tả chi tiết các hệ thống thiết bị đang vận hành trên giàn khoan hiện đại như:
    • Hệ thống phễu trộn của hãng Vortex Venture.
    • Máy khuấy và súng phun bồn bể của hãng FSI.
    • Cảm biến mức chất lỏng siêu âm PVT (Mud volume pit volume).
    • Thiết bị tách cát công nghiệp Model ПГ-50.
    • Hệ thống đầu quay di động (Topdrive) thay thế cho bàn quay và cần chủ đạo truyền thống.
  3. Tiêu chuẩn an toàn công nghiệp quốc tế: Áp dụng phân vùng an toàn chống cháy nổ theo tiêu chuẩn API RP500 (yêu cầu toàn bộ thiết bị làm sạch dung dịch phải bảo đảm điều kiện vận hành trong vùng Zone 1 – nơi thường xuyên xuất hiện hỗn hợp khí, hơi dầu dễ cháy).
  4. Quy chuẩn hóa các chỉ số kỹ thuật vận hành và bảo dưỡng: Giáo trình thiết lập các định mức kỹ thuật rõ ràng:
    • Thử nghiệm áp lực hộp thủy lực ở mức 37,5 MPa trong 5 phút đối với bơm làm việc ở dải 25 MPa.
    • Giới hạn mài mòn nòng xilanh không vượt quá 1,5 mm so với đường kính danh nghĩa.
    • Chu kỳ thay dầu bôi trơn máy bơm sau 500 giờ chạy rà và sau mỗi 4000 giờ làm việc liên tục.
    • Định mức kiểm tra van an toàn định kỳ tối thiểu 1 lần sau mỗi 10 giờ làm việc.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • 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 cũng như các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật có đào tạo ngành Kỹ thuật Dầu khí, Địa chất công trình.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu tốt nội dung mô đun, người học cần hoàn thành các môn học:
    • Vẽ kỹ thuật (MECM52003)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012)
    • Hóa đại cương (PETR63001)
    • Địa chất cơ sở (PETD53031)
    • Cơ sở khoan (PETD53033)
    • Thí nghiệm dung dịch khoan (PETD53137)
    • Hệ thống nâng hạ (PETD54140)
  • Giảng viên chuyên nghiệp: Sử dụng làm giáo trình khung để xây dựng đề cương chi tiết, bài giảng lý thuyết tích hợp, biên soạn bảng hướng dẫn thực hành tại xưởng và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá kỹ năng nghề.
  • Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật: Dùng làm tài liệu bồi dưỡng nghiệp vụ, tra cứu nhanh các quy trình chạy thử, vận hành trạm bơm dung dịch, bảo dưỡng hệ thống sàng rung và xử lý các sự cố rò rỉ, tụt áp trên hệ thống manifold ngoài công trường khoan.

Câu hỏi thường gặp

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

Tài liệu được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí theo chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời phù hợp làm tài liệu huấn luyện kỹ thuật cho công nhân, đốc công và kỹ sư vận hành giàn khoan.

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

Người học cần hoàn thành các học phần cơ sở kỹ thuật gồm Vẽ kỹ thuật, Hóa đại cương, Điện kỹ thuật cơ bản, Cơ sở điều khiển quá trình, Địa chất cơ sở, Cơ sở khoan và Thí nghiệm dung dịch khoan để nắm vững tính chất lý hóa của dung dịch và thiết bị cơ khí.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các giáo trình lý thuyết chung về khoan?

Giáo trình tập trung chuyên sâu vào kỹ năng thực hành vận hành (87 giờ thực hành trên tổng số 105 giờ), cung cấp quy trình công nghệ chi tiết từ các dự án dầu khí thực tế (Tam Đảo 03, Vietsovpetro), các thông số bảo dưỡng định lượng và tuân thủ tiêu chuẩn an toàn công nghiệp API RP500.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu nội dung lý thuyết và sơ đồ bản vẽ trước buổi học, tham gia thảo luận nhóm (8–10 người) để giải quyết các bài tập tình huống sự cố, tuân thủ nghiêm ngặt 100% thời lượng thực hành tại xưởng và đối chiếu lý thuyết với quy trình vận hành thiết bị thực tế.

5. Giáo trình có danh mục tài liệu tham khảo bổ trợ nào?

Giáo trình trích dẫn và liên kết với các tài liệu tham khảo chuyên ngành:

  • Cơ sở khoan và khai thác dầu khí – TS. Lê Phước Hảo (NXB ĐHQG TP.HCM, 2006).
  • Kỹ thuật khoan dầu khí – J.Nguyen (NXB Giáo dục, 1995).
  • Thiết bị khoan – Trương Minh Thông (1987).
  • 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 mô đun Hệ thống tuần hoàn dung dịch (PETD54141) cung cấp hệ thống kiến thức và quy trình kỹ thuật chuẩn mực về các thiết bị bơm áp lực cao, cụm làm sạch kiểm soát hạt rắn, hệ thống đường ống manifold và bồn bể phụ trợ trong công nghệ khoan xoay có rửa. Với cấu trúc thiên về thực hành (chiếm hơn 80% thời lượng) và tích hợp dữ liệu từ thực tế sản xuất tại Vietsovpetro, PVD Offshore cùng giàn khoan Tam Đảo 03, tài liệu đáp ứng yêu cầu đào tạo nhân lực kỹ thuật cho ngành Dầu khí.

Sau khi hoàn thành mô đun này, người học hoàn thiện khối kiến thức - kỹ năng cơ sở để tiếp tục tham gia các học phần chuyên môn tiếp theo như Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá (PETD55142), Hệ thống chống ống và trám xi măng (PETD54143), Hệ thống kiểm soát giếng khoan 1 & 2 (PETD55144, PETD63145) và bước vào giai đoạn Thực tập sản xuất (PETD54246).