GIỚI THIỆU VÀ MÔ TẢ HỌC THUẬT: GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN VẬN HÀNH HỆ THỐNG KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÊN MÔ HÌNH 1

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Vận hành hệ thống khai thác dầu khí trên mô hình 1 (Mã mô đun: PETP55159) là tài liệu giảng dạy chính thức thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí ở trình độ trung cấp và cao đẳng, do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) ban hành theo Quyết định số 210/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022. Giáo trình do Ks. Phạm Thế Anh làm chủ biên cùng sự tham gia của tác giả Bùi Đức Sơn thuộc Khoa Giáo dục Nghề nghiệp.

                    CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ
            VẬN HÀNH THIẾT BỊ KHAI THÁC DẦU KHÍ
KHỐI MÔN ĐUN KỸ THUẬT CƠ SỞ               KHỐI MÔN ĐUN CHUYÊN MÔN
• Vẽ kỹ thuật (MECM52003)                 • Vận hành van (PETP53151)
• Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111)   • Vận hành bơm (PETP54153)
• Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012)        • Vận hành máy nén (PETP53154)
                                          • Vận hành TB tách (PETP54155)
                                          • Thu gom & vận chuyển (PETP53157)

Trong cấu trúc chương trình đào tạo gồm 53 tín chỉ (1290 giờ), mô đun PETP55159 chiếm 5 tín chỉ với tổng thời lượng 135 giờ. Vị trí môn học được bố trí trong khối chuyên môn ngành nghề (32 tín chỉ / 870 giờ), được giảng dạy sau các mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên ngành (như Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác, Vận hành thiết bị tách dầu khí, Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí) và ngay trước mô đun Thực tập sản xuất (PETP54261).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 nhóm chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức: A1 – Trình bày được các thành phần, hệ thống, vị trí và chức năng của thiết bị trên mô hình khai thác; A2 – Đọc và giải thích được bản vẽ sơ đồ dòng công nghệ (PFD) và sơ đồ đường ống – thiết bị đo lường (P&ID).
  • Chuẩn kỹ năng: B1 – Thiết lập được quy trình vận hành các hệ thống phục vụ công tác khai thác; B2 – Thực hiện thao tác vận hành và kiểm soát chính xác các thông số chế độ khai thác.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1 – Tuân thủ quy định an toàn, phòng cháy chữa cháy, quy chế xưởng thực hành và quy trình vận hành cơ – điện – tự động hóa, đảm bảo không xảy ra sự cố hư hỏng thiết bị.

Cấu trúc giáo trình chia làm hai phần chính: Bài 1 (8 giờ lý thuyết) tập trung vào tổng quan mô hình và đọc hiểu sơ đồ công nghệ; Bài 2 (127 giờ, gồm 6 giờ lý thuyết, 116 giờ thực hành và 5 giờ kiểm tra/thi) hướng dẫn chi tiết thiết bị và quy trình vận hành 10 bài thực hành chuyên sâu.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                               MÔ ĐUN PETP55159 (135 GIỜ)
   BÀI 1: TỔNG QUAN & BẢN VẼ (8h)                              BÀI 2: THIẾT BỊ & VẬN HÀNH (127h)
   • 4 Phân hệ công nghệ chính                                 • 12 Cụm thiết bị thu gom dầu
   • Tiến trình: BFD ➔ PFD ➔ P&ID                             • 12 Cụm thiết bị thu gom nước
   • Ký hiệu thiết bị, van & Tag numbers                       • 10 Cụm thiết bị thu gom khí
   • Quy chuẩn đặt tên ISA (Bảng 1-1)                          • 10 Bài thực hành mô phỏng (Bài 01A - 10)

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai tuần tự theo tiến trình logic từ tổng thể hệ thống đến chi tiết từng cụm thiết bị và thao tác vận hành công nghệ:

Bài 1: Tổng quan về mô hình khai thác (8 giờ)

  • Tổng quan các phân hệ: Cung cấp cấu trúc 4 hệ thống dòng công nghệ gồm Hệ thống thu gom dầu (Hình 1-1), Hệ thống thu gom nước (Hình 1-2), Hệ thống thu gom khí đồng hành (Hình 1-3), và Các hệ thống phụ trợ (Hệ thống cung cấp điện năng - Hình 1-4; Hệ thống xử lý khí thải Flare Drum - Hình 1-5).
  • Phương pháp đọc hiểu bản vẽ PFD và P&ID: Trình bày tiến trình phát triển từ Sơ đồ khối (BFD) $\rightarrow$ Sơ đồ quy trình (PFD) $\rightarrow$ Sơ đồ đường ống và thiết bị đo lường (P&ID) (Hình 1-13). Cung cấp hệ thống biểu tượng van (Hình 1-19), cơ cấu chấp hành (Hình 1-20), đường ống (Hình 1-21), bơm ly tâm (Hình 1-22), bơm piston (Hình 1-23), máy nén ly tâm (Hình 1-24), thiết bị trao đổi nhiệt (Hình 1-25) và quy tắc đặt tên thẻ số (Tag numbers) theo Bảng 1-1.

Bài 2: Vận hành và kiểm soát các thông số chế độ khai thác (127 giờ)

  • Hệ thống thiết bị thu gom dầu: Cấu tạo, vị trí và chức năng của Cây thông khai thác (Hình 2-1), Cụm phân dòng Manifold (Hình 2-2), Bình tách cao áp HP Separator (Hình 2-3), Bình đo Test Separator (Hình 2-4), Bình tách trung áp MP Separator (Hình 2-5), Thiết bị gia nhiệt dầu Crude Oil Heater (Hình 2-19), Bình tách thấp áp LP Separator (Hình 2-6), Thiết bị tách nước Coalescer (Hình 2-7), Cụm bơm nâng áp Booster Pumps, Thiết bị trao đổi nhiệt, Cụm bơm xuất dầu Oil Export Pumps (Hình 2-20), và Thiết bị lưu trữ dầu Oil Storage (Hình 2-8).
  • Hệ thống thiết bị thu gom nước: Thiết bị tách dầu Hydrocyclones, Bình tách dầu khí khỏi nước Produced Water Degassing Drum (Hình 2-9), Cụm bơm hút nước biển Sea Water Lift Pumps (Hình 2-15), Thiết bị xử lý nước biển Water Injection Deaerator (Hình 2-10), Cụm bơm nâng áp và Cụm bơm ép nước vỉa Water Injection Pumps, Cụm thiết bị sản xuất nước làm mát trung gian Cooling Medium, Cụm thiết bị sản xuất hơi Steam Drum (Hình 2-16) và Tuabin hơi Steam Turbine.
  • Hệ thống thiết bị thu gom khí đồng hành: Trạm máy nén khí cấp 1 (1st Stage Recompressor - Hình 2-13), Trạm máy nén khí cấp 2 (2nd Stage Recompressor - Hình 2-23), Cụm xử lý khí đồng hành Gas Dehydrator (Hình 2-11), Cụm khí nhiên liệu Fuel Gas, Thiết bị làm khô khí Glycol Contactor (Hình 2-12), Cụm tái sản xuất Glycol (Hình 2-21), Trạm máy nén xuất khí Gas Export Compressor (Hình 2-14, 2-22), và Cụm máy nén ép khí vào giếng Reinjection Compressor.
  • 10 bài thực hành mô phỏng chuyên sâu:
    1. Bài thực hành 01A (10 tiết): Vận hành hệ thống bơm van điều chỉnh mức condensate ở Suction Scrubber 23VG101.
    2. Bài thực hành 01B (10 tiết): Vận hành hệ thống bảo vệ an toàn.
    3. Bài thực hành 02 (08 tiết): Khởi động hệ thống bơm hút nước biển.
    4. Bài thực hành 03 (17 tiết): Vận hành và xử lý hệ thống hơi.
    5. Bài thực hành 04 (08 tiết): Khơi thông dầu từ giếng khai thác tới bình tách cao áp.
    6. Bài thực hành 05 (09 tiết): Vận hành và xử lý nước đồng hành.
    7. Bài thực hành 06 (08 tiết): Vận hành và xử lý dầu từ bình tách cao áp tới bình tách thấp áp.
    8. Bài thực hành 07 (16 tiết): Vận hành và xử lý hệ thống bơm xuất dầu.
    9. Bài thực hành 08 (17 tiết): Vận hành và xử lý hệ thống tái sản xuất Glycol.
    10. Bài thực hành 09 (08 tiết): Vận hành và xử lý hệ thống máy nén xuất khí.
    11. Bài thực hành 10 (09 tiết): Vận hành và xử lý hệ thống máy nén khí cấp 1 và cấp 2.
                      SƠ ĐỒ PHÂN CHIA DÒNG CÔNG NGHỆ 3 PHA
                                  (THEO BÀI 1 & BÀI 2)

                              GIẾNG KHAI THÁC (Wells 1-4)
                               CÂY THÔNG (Production Tree)
                                CỤM PHÂN DÒNG (Manifold)
             [DÒNG KHÍ ĐỒNG HÀNH]    [DÒNG DẦU THÔ]      [DÒNG NƯỚC ĐỒNG HÀNH]
      Fuel Gas          Glycol Drying  Booster Pumps
                Xuất khí     Giếng ép   Lưu trữ dầu
               (Gas Export)    khí     (Oil Storage)

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống kiến thức kỹ thuật dựa trên các nguyên lý và quy chuẩn công nghiệp:

  • Lý thuyết phân tách nhiều cấp (Multistage Separation): Nguyên lý tách pha vật lý dựa trên trọng lực và áp suất qua chuỗi Bình tách cao áp (HP) $\rightarrow$ Bình tách trung áp (MP) $\rightarrow$ Bình tách thấp áp (LP) nhằm tối ưu hóa hệ số thu hồi hydrocacbon lỏng và kiểm soát khí đồng hành.
  • Hệ thống ký hiệu và đo lường theo chuẩn công nghiệp (Bảng 1-1): Quy tắc gán mã thiết bị dựa trên biến đo và chức năng:
    • Lưu lượng: FC (Flow Controller), FE (Flow Element), FI (Flow Indicator), FT (Flow Transmitter), FS (Flow Switch), FIC (Flow Indicating Controller), FCV (Flow Control Valve), FRC (Flow Recording Controller).
    • Áp suất: PC (Pressure Controller), PT (Pressure Transmitter), PTD (Pressure Transducer), PI (Pressure Indicator), PS (Pressure Switch), PIC (Pressure Indicating Controller), PCV (Pressure Control Valve), PRC (Pressure Recording Controller), PDI/PDR/PDS/PDT (Thiết bị chênh áp).
    • Mức chất lỏng: LC (Level Controller), LG (Level Gauge), LR (Level Recorder), LT (Level Transmitter), LS (Level Switch), LIC (Level Indicating Controller), LCV (Level Control Valve), LRC (Level Recording Controller).
    • Nhiệt độ: TE (Temperature Element), TI (Temperature Indicator), TR (Temperature Recorder), TS (Temperature Switch), TC (Temperature Controller), TT (Temperature Transmitter).
  • Logic điều khiển và an toàn công nghệ: Các định nghĩa trạng thái kỹ thuật Fail Closed (FC), Fail Open (FO), Hand Switch (HS), van khối cô lập (Isolation Valve), hệ thống ngắt dừng khẩn cấp thiết bị (Process Shut Down - PSD), mở ghi đè khởi động (Start up Override - SOR), xác nhận cảnh báo (Acknowledge - ACK) và cơ chế khóa liên động bảo vệ (Interlock).
  • Hệ đơn vị thông số vận hành chuẩn hóa: Áp suất ($barg$), lưu lượng ($m^3/h$), nhiệt độ ($^\circ C$), tốc độ quay ($rpm$), công suất ($kW$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác kết nối phụ kiện đường ống (Elbows/Bends, Tees/Branches, Reducers/Expanders, Strainer, Expansion Joints); vận hành các dòng bơm ly tâm, bơm piston, máy nén ly tâm; khởi động và dừng tháp hấp thụ/tái sinh Glycol, bình lắng lọc Coalescer và cụm xử lý nước biển Deaerator.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu và phân tích tương quan giữa các biến quá trình: Giá trị cài đặt (Set Point - SP), Giá trị thực tế (Process Variable - PV), Đầu ra bộ điều khiển (Output - OP); chẩn đoán nguyên nhân kích hoạt liên động (Interlock) và quy trình xử lý phục hồi hệ thống.
  • Kỹ năng thực hành chuyên môn (Practical competencies): Xây dựng quy trình thao tác chuẩn (SOP) cho các cụm xử lý dòng dầu, khí, nước; kiểm soát thông số công nghệ theo đúng dải làm việc; tuân thủ quy chuẩn phòng cháy và cô lập an toàn trên mô hình mô phỏng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

                    CẤU TRÚC PHƯƠNG PHÁP & ĐÁNH GIÁ (PETP55159)
  PHƯƠNG PHÁP DẠY-HỌC              QUY ĐỊNH THAM DỰ               TRỌNG SỐ ĐÁNH GIÁ
• Thuyết trình ngắn, nêu VĐ        • Lý thuyết: ≥ 70%             • Quá trình (40%):
• Thảo luận nhóm (8-10 người)      • Thực hành: 100%                - 1 bài thường xuyên (miệng)
• Thực hành mô hình (116 tiết)     (Vắng TH phải học lại)           - 1 bài ĐK lý thuyết
• Tự học theo đề cương                                              - 4 bài ĐK thực hành
                                                                  • Thi kết thúc (60%):
                                                                    - Lý thuyết + Thực hành

Phương pháp sư phạm và tổ chức dạy học

Mô đun áp dụng phương pháp dạy học tích cực, chuyển giao trọng tâm từ giảng dạy lý thuyết sang rèn luyện thao tác thực nghiệm:

  • Dạy học nêu vấn đề và xử lý tình huống: Giáo viên đưa ra các tình huống kỹ thuật (ví dụ: nguyên nhân sản lượng cần qua tách lọc nhiều lần; cách tái vận hành thiết bị sau khi bị khóa liên động Interlock) để người học phân tích.
  • Tổ chức học tập theo nhóm: Học viên được phân thành các nhóm nhỏ từ 8–10 người. Nhóm trưởng phân công thành viên tìm hiểu nội dung chuyên đề, thảo luận và hoàn thiện báo cáo kỹ thuật trước khi thực hành.
  • Thực hành trên mô hình mô phỏng: Chiếm thời lượng 116 giờ trong tổng số 135 giờ của mô đun, tổ chức tại Xưởng thiết bị dầu khí và Phòng mô hình khai thác dầu khí với trang thiết bị máy chiếu, bảng và hệ thống phần mềm mô phỏng.

Hệ thống bài tập và hướng dẫn tự học

  • Bài tập lý thuyết và tình huống: Hệ thống câu hỏi ghép nối thuật ngữ (như LC, SP, PV, OP, LT), phân tích sơ đồ công nghệ nhiệt độ (Hình 1-14) và xác định lỗi trên sơ đồ P&ID (Hình 1-15 đến 1-18).
  • Quy định tự học và chuyên cần:
    • Người học phải chủ động nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp.
    • Tỷ lệ tham dự tối thiểu: Đạt từ 70% số tiết lý thuyết trở lên (vắng quá 30% phải học lại mô đun).
    • Tỷ lệ tham dự thực hành: Bắt buộc tham gia 100% các buổi thực hành (vắng bất kỳ buổi nào đều phải học lại mô đun).

Phương pháp và thang đo đánh giá kết quả

Phân loại đánh giá Trọng số Hình thức kiểm tra Thời điểm Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên Nằm trong 40% điểm quá trình (Hệ số 1) Hỏi miệng / Tự luận / Trắc nghiệm Sau 8 giờ học A1, A2, C1
Kiểm tra định kỳ Nằm trong 40% điểm quá trình (Hệ số 2) 1 bài Lý thuyết + 4 bài Thực hành Sau 24 giờ A1, A2, B1, B2, C1, C2, C3
Thi kết thúc mô đun 60% tổng điểm mô đun Viết / Trắc nghiệm kết hợp Thực hành Sau 135 giờ A1, A2, B1, B2, C1, C2, C3

Quy chế tính điểm: Thực hiện theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo hình thức tích lũy tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Xây dựng trên nền tảng tài liệu mô phỏng chuẩn quốc tế: Giáo trình trích xuất và tham chiếu trực tiếp từ tài liệu kỹ thuật của tập đoàn KONGSBERG (Na Uy, 2010):
    1. Generic Oil & Gas Simulator – Instructor Manual, KONGSBERG, 2010.
    2. P&ID, PFD, Oil and Gas Production – Operator Training, KONGSBERG, 2010.
  • Tích hợp toàn diện các phân hệ của giàn khai thác dầu khí: Giáo trình bao quát chu trình khép kín từ miệng giếng đến xuất sản phẩm, bao gồm các cụm công nghệ xử lý nước đồng hành để tái bơm ép vỉa (Water Injection Deaerator, Hydrocyclones), hệ thống làm khô khí bằng Triethylene Glycol (TEG) với vòng tuần hoàn tháp hấp thụ (Glycol Contactor) và tháp tái sinh (Glycol Regeneration), cùng hệ thống khí nhiên liệu (Fuel Gas) cung cấp cho máy phát điện thay thế dầu diesel.
  • Tính thực tiễn trong công tác an toàn và bảo vệ môi trường: Mô tả chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Bình gom xả khí thải (Flare Drum), thiết bị gia nhiệt khí thải (Heater) và buồng đốt đỉnh đuốc nhằm xử lý an toàn các dòng hydrocacbon và khí độc phát sinh trong điều kiện vận hành bình thường và tình huống khẩn cấp.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Người học theo học nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí trình độ trung cấp và cao đẳng tại Trường Cao đẳng Dầu khí hoặc các cơ sở đào tạo chuyên ngành dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn trong chương trình khung:
    • Môn học kỹ thuật cơ sở: Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111).
    • Môn học chuyên môn: Cơ sở khai thác (PETD53034), Vận hành van (PETP53151), Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (PETP53152), Vận hành Bơm (PETP54153), Vận hành máy nén (PETP53154), Vận hành thiết bị tách dầu khí (PETP54155), Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (PETP53157).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính thức để thiết kế đề cương chi tiết, giáo án lý thuyết và tổ chức hướng dẫn 10 bài thực hành tại phòng thực hành mô phỏng.
  • Kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Sử dụng làm tài liệu tham khảo nội bộ để tra cứu sơ đồ nguyên lý, ký hiệu P&ID và quy trình công nghệ khai thác xử lý dầu khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế phục vụ cho đối tượng nào?

Tài liệu phục vụ trực tiếp cho học sinh, sinh viên nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí hệ trung cấp và cao đẳng tại Trường Cao đẳng Dầu khí; đồng thời là giáo trình chính thức cho giảng viên Khoa Giáo dục Nghề nghiệp giảng dạy mô đun PETP55159.

2. Người học cần đáp ứng các điều kiện tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Học viên phải hoàn thành các môn học cơ sở và chuyên môn gồm: Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), Cơ sở khai thác (PETD53034), Vận hành van (PETP53151), Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (PETP53152), Vận hành Bơm (PETP54153), Vận hành máy nén (PETP53154), Vận hành thiết bị tách dầu khí (PETP54155), và Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (PETP53157).

3. Điểm khác biệt về phân bổ thời lượng của giáo trình là gì?

Mô đun có cấu trúc thời lượng tập trung cao độ vào thực hành: 116 giờ thực hành trên tổng số 135 giờ (chiếm khoảng 86% tổng thời lượng), chỉ có 14 giờ lý thuyết và 5 giờ kiểm tra/thi. Chương trình phân bổ thành 10 bài thực hành trực tiếp trên mô hình mô phỏng.

4. Quy định đánh giá và điều kiện tham dự kỳ thi kết thúc mô đun như thế nào?

Học viên phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành. Điểm đánh giá gồm 40% điểm quá trình (1 bài thường xuyên, 1 bài định kỳ lý thuyết, 4 bài định kỳ thực hành) và 60% điểm thi kết thúc mô đun (lý thuyết kết hợp thực hành), tính theo thang điểm 10 quy đổi sang thang điểm 4.

5. Tài liệu tham khảo chính được sử dụng để biên soạn giáo trình là gì?

Giáo trình được biên soạn dựa trên 2 tài liệu đào tạo của hãng KONGSBERG (2010): Generic Oil & Gas Simulator – Instructor Manual và P&ID, PFD, Oil and Gas Production – Operator Training.

Kết luận

Giáo trình Vận hành hệ thống khai thác dầu khí trên mô hình 1 (PETP55159) cung cấp toàn bộ kiến thức kỹ thuật và quy trình thực hành có cấu trúc về các hệ thống thu gom, xử lý 3 pha dầu - khí - nước và các phân hệ phụ trợ trên giàn khai thác.

Lộ trình học tập của mô đun bắt đầu từ việc làm chủ kỹ năng đọc hiểu sơ đồ PFD, P&ID (Bài 1) đến việc thực hiện 10 bài vận hành thiết bị cụ thể trên mô hình mô phỏng (Bài 2). Sau khi hoàn thành mô đun này, người học đủ điều kiện tiên quyết để chuyển sang giai đoạn Thực tập sản xuất (PETP54261 - 180 giờ) tại các công trình dầu khí thực tế. Các nội dung trong giáo trình được chuẩn hóa theo tài liệu gốc của KONGSBERG (2010) và quy chế đào tạo tín chỉ hiện hành của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.