Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở khai thác (Mã môn học: KKT19MH34) là tài liệu học tập chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí (trình độ Trung cấp và Cao đẳng) và nghề Khoan khai thác dầu khí (trình độ Cao đẳng). Tài liệu được ban hành kèm theo Quyết định số 192/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do ThS. Phạm Thị Nụ làm chủ biên cùng tác giả Bùi Đức Sơn biên soạn.

Trong chương trình đào tạo, môn học có thời lượng 45 giờ (gồm 42 giờ lý thuyết và 3 giờ kiểm tra, tương đương 3 tín chỉ), được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở như An toàn vệ sinh lao động, Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật cơ bản và Cơ sở điều khiển quá trình.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức: Trình bày các khái niệm chuyên ngành, quy trình hoàn thiện giếng, tính chất vật lý của đất đá và chất lưu mỏ, các nguồn năng lượng vỉa, nguyên lý duy trì áp suất vỉa và các giải pháp xử lý vùng cận đáy giếng.
  • Kỹ năng: Lựa chọn giải pháp duy trì áp suất vỉa và biện pháp xử lý axit vùng cận đáy giếng phù hợp với các điều kiện địa chất cụ thể.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện phương pháp tự nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, tra cứu tư liệu chuyên ngành và tư duy logic trong xử lý vấn đề kỹ thuật mỏ.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo trình tự công nghệ khai thác dầu khí từ giai đoạn giếng khoan tiếp cận tầng sản phẩm cho đến các phương pháp thu hồi chất lưu và can thiệp vỉa. Điểm đặc thù của tài liệu là cung cấp hệ thống sơ đồ kỹ thuật chi tiết về cấu tạo thiết bị lòng giếng, thiết bị miệng giếng và quy trình công nghệ chuẩn hóa trong ngành dầu khí.


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 4 chương chuyên đề được phân bổ theo tiến trình kỹ thuật:

Chương 1: Công tác hoàn thiện giếng (5 giờ LT)

Chương 2: Cơ sở lý thuyết khai thác dầu khí (9 giờ LT + 1 giờ KT)

Chương 3: Các phương pháp khai thác (19 giờ LT + 1 giờ KT)

Chương 4: Xử lý vùng cận đáy (9 giờ LT + 1 giờ KT)
  • Chương 1: Công tác hoàn thiện giếng (5 giờ lý thuyết): Khái quát các phương pháp đánh giá thành hệ (phân tích mùn khoan, thử giếng bằng cần drill stem test, đo địa vật lý giếng khoan carota điện/sóng âm/phóng xạ tia Gamma, lấy mẫu lõi đáy và vách giếng). Trình bày các mô hình hoàn thiện giếng (hoàn thiện đơn tầng, đa tầng, giếng thân trần, ống chống lửng hoặc suốt đục lỗ chèn sỏi, ống chống suốt trám xi măng bắn mở vỉa). Mô tả quy trình kỹ thuật hạ ống chống, trám xi măng, cơ chế bắn mở vỉa bằng đạn nổ áp lực cao và các phương pháp gọi dòng sản phẩm (thay thế chất lỏng, dùng hỗn hợp lỏng - khí, hóa phẩm DMC XP1+XP2, nitơ lỏng kết hợp ống mềm coiled tubing, bơm phun tia, bơm điện chìm, khí nén và van gaslift).
  • Chương 2: Cơ sở lý thuyết khai thác dầu khí (10 giờ: 9 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Cung cấp các thông số nhiệt động và thủy động lực vỉa: áp suất vỉa ban đầu ($P_{vbđ} = \gamma \cdot H = \rho \cdot g \cdot H$), áp suất vỉa động ($P_{wf} = f(Q)$), áp suất mao dẫn ($P_c = p_o - p_w$). Trình bày tính chất vật lý của đất đá và chất lưu gồm độ rỗng ($\Phi$), độ thấm ($k$) theo phương ngang và phương đứng, tính dính ướt, sức căng bề mặt, hệ số linh động ($M_s$). Phân tích 5 nguồn năng lượng vỉa tự nhiên (áp lực mũ khí, áp lực nước đáy, khí hòa tan, năng lượng đàn hồi thể tích $\Delta Q = \beta^* \cdot V \cdot \Delta P$, trọng lực) cùng các giải pháp năng lượng nhân tạo thông qua bơm ép nước (ngoài ranh giới từ 800–1500 m, tại ranh giới, trong ranh giới theo mạng lưới 2, 3, 4, 5, 7, 9 điểm) và bơm ép khí.
  • Chương 3: Các phương pháp khai thác (20 giờ: 19 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Trình bày điều kiện làm việc của phương pháp tự phun, thiết bị miệng giếng (cây thông khai thác kiểu chữ T và chữ thập chịu áp suất thử 250 at), tổ hợp thiết bị lòng giếng (phễu định hướng, thiết bị định vị, ống đục lỗ, van cắt, packer cơ học/thủy lực, thiết bị bù trừ giãn nở nhiệt, van tuần hoàn kiểu ống rời/ống trượt, van dập giếng, mandrel, van an toàn giếng sâu). Phân tích nguyên lý và phạm vi ứng dụng của các phương pháp khai thác cơ học: bơm cần kéo, bơm cần xoắn, máy bơm ly tâm điện chìm (ESP), hệ thống gaslift liên tục và gaslift định kỳ.
  • Chương 4: Xử lý vùng cận đáy (10 giờ: 9 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Phân tích cơ chế suy giảm độ thấm vùng cận đáy giếng do nhiễm bẩn dung dịch khoan, hiện tượng sụt áp do hiệu ứng Skin. Trình bày các giải pháp xử lý bao gồm: phương pháp cơ học (nứt vỉa thủy lực), phương pháp nhiệt và phương pháp hóa học (xử lý bằng các hệ dung dịch axit).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết thủy động lực học vỉa: Mô hình dòng chảy chất lưu đa pha (dầu, khí, nước) qua môi trường rỗng; cơ chế phân dị trọng lực và quy luật suy giảm áp suất vỉa trong tương quan với áp suất điểm bọt khí ($p_{bk}$).
  • Nguyên lý cân bằng áp suất: Thiết lập điều kiện thủy lực trong quá trình gọi dòng sản phẩm ($\Delta P = P_v - P_đ > 0$), trong đó áp suất đáy giếng $P_đ$ được kiểm soát thông qua tỷ trọng ($\gamma$) và chiều cao cột chất lỏng ($H$).
  • Hệ thống phân loại kỹ thuật mỏ: Khung phân loại các chế độ khai thác dựa trên chỉ tiêu hệ số thu hồi dầu ($k = Q_{kt} / Q_{tl}$): chế độ áp lực nước ($k > 0{,}5$), chế độ đàn hồi, chế độ mũ khí ($0{,}2 - 0{,}5$), chế độ khí hòa tan ($k$ thấp) và chế độ trọng lực ($k \approx 0{,}2$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn: Đọc hiểu và phân tích bản vẽ kết cấu lòng giếng, sơ đồ nguyên lý hoạt động của tổ hợp van - packer, sơ đồ bố trí mạng lưới giếng bơm ép duy trì áp suất vỉa.
  • Kỹ năng tính toán và phân tích: Tính toán độ thấm tương đương ($k_{tđ}$) của đất đá vỉa phân lớp theo phương đứng và phương ngang; xác định thông số chênh áp gọi dòng và đánh giá mức độ tương tác giữa hệ số linh động chất lưu ($M_s$) với hiệu quả quét dầu.
  • Kỹ năng công nghệ thực tế: Lựa chọn phương pháp hoàn thiện giếng, phương pháp gọi dòng và phương án can thiệp vùng cận đáy phù hợp với đặc tính cơ lý đất đá và điều kiện áp suất - nhiệt độ mỏ.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích cực theo định hướng đào tạo kỹ thuật nghề nghiệp:

Phương pháp giảng dạy tích cực

Phương pháp sư phạm và hoạt động học tập

  • Đối với giảng viên: Kết hợp thuyết trình ngắn, phương pháp dạy học nêu vấn đề, hướng dẫn học viên đọc tài liệu chuyên ngành và tổ chức thảo luận nhóm. Giảng viên sử dụng hệ thống câu hỏi tình huống kỹ thuật (ví dụ: so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp gọi dòng, phân tích sơ đồ bố trí giếng bơm ép nước) để định hướng phân tích.
  • Đối với học viên: Thực hiện tự học kết hợp làm việc nhóm (mỗi nhóm từ 8–10 thành viên). Học viên được phân công nghiên cứu trước các chủ đề trong giáo trình, chuẩn bị nội dung thảo luận, viết báo cáo chuyên đề và thực hiện thuyết trình trước lớp.

Bài tập và phân tích kỹ thuật

  • Bài toán kỹ thuật: Bài tập tính toán độ thấm tương đương của tầng chứa phân lớp; xác định độ sụt áp và lượng chất lỏng khai thác được theo năng lượng đàn hồi thể tích.
  • Phân tích sơ đồ công nghệ: Khảo sát nguyên lý vận hành của súng bắn mở vỉa hạ bằng cáp/cần khoan; phân tích quy trình vận hành van gaslift và chu kỳ đóng/mở của hệ thống packer cách ly đáy giếng.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội:

Thành phần đánh giá Trọng số Thời điểm kiểm tra Hình thức và Nội dung Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên Hệ số 1 (Tổng 40% điểm quá trình) Sau 27 giờ học Tự luận, trắc nghiệm, vấn đáp hoặc thuyết trình báo cáo A1, C1, C2
Kiểm tra định kỳ Hệ số 2 (Tổng 40% điểm quá trình) Sau 15 giờ
Sau 25 giờ
Sau 45 giờ
Viết tự luận hoặc trắc nghiệm (Chương 2, Chương 3, Chương 4) A2, A3, A4, A5, B1, C1, C2
Thi kết thúc môn học 60% Sau 45 giờ Viết tự luận kết hợp trắc nghiệm khách quan Tổng hợp toàn bộ chuẩn đầu ra

Điểm môn học được 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 quy định đào tạo tín chỉ.


Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cập nhật công nghệ can thiệp lòng giếng: Giáo trình tích hợp các giải pháp kỹ thuật mỏ hiện đại như kỹ thuật gọi dòng bằng ống mềm (coiled tubing) kết hợp nitơ lỏng, cơ chế phản ứng sinh khí của hóa phẩm DMC ($XP1 + XP2 \rightarrow N_2 + NaCl + H_2O$), và ứng dụng kỹ thuật cáp tời (wireline/slickline) trong vận hành thiết bị lòng giếng.
  • Tích hợp các phương pháp khai thác nhân tạo: Mô tả chi tiết sơ đồ công nghệ khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm (ESP), bơm cần xoắn, bơm cần kéo và hệ thống gaslift (gaslift liên tục, gaslift định kỳ, hệ thống khai thác trung tâm và vành xuyến).
  • Gắn kết thực tiễn khai thác mỏ: Nội dung giáo trình phản ánh trực tiếp các thách thức kỹ thuật trong quá trình khai thác dầu khí như hiện tượng tạo phễu nước, phễu khí, sụt áp do hiệu ứng Skin, ngập nước vùng cận đáy và phương pháp nứt vỉa thủy lực kết hợp xử lý axit.
  • Chuẩn hóa đồ họa kỹ thuật: Cung cấp danh mục gồm 37 hình vẽ kỹ thuật (từ cấu tạo đầu giếng chữ T, chữ thập chịu áp 250 at, cấu tạo packer thủy lực/cơ học đến sơ đồ bố trí mạng lưới bơm ép nước 2, 3, 4, 5, 7, 9 điểm) và 2 bảng phân loại chỉ tiêu kỹ thuật khai thác mỏ.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên: Học viên hệ Trung cấp và sinh viên hệ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí; sinh viên ngành Khoan khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo chuyên ngành dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức kỹ thuật cơ sở bao gồm:
    • An toàn vệ sinh lao động (Mã môn học: ATMT19MH01)
    • Vẽ kỹ thuật (Mã môn học: CK19MH01)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (Mã môn học: KTĐ19MH11)
    • Cơ sở điều khiển quá trình (Mã mô-đun: TĐH19MĐ12)
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính thức, làm căn cứ biên soạn giáo án lý thuyết, xây dựng bài tập tình huống mỏ, thiết lập ngân hàng câu hỏi kiểm tra định kỳ và đề thi kết thúc môn học.
  • Kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Dùng làm tài liệu tham khảo chuyên môn phục vụ công tác chuẩn hóa quy trình vận hành thiết bị khai thác đầu giếng và thiết bị lòng giếng tại các giàn khai thác dầu khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ học viên hệ Trung cấp, sinh viên hệ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và Khoan khai thác dầu khí. Đồng thời, tài liệu dùng làm cơ sở tham khảo cho giảng viên chuyên ngành và nhân viên kỹ thuật vận hành mỏ.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn này?

Người học cần tích lũy các kiến thức kỹ thuật cơ sở thông qua các môn học: An toàn vệ sinh lao động, Vẽ kỹ thuật mỏ, Điện kỹ thuật cơ bản và Cơ sở điều khiển quá trình.

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

Tài liệu tập trung mô tả chi tiết các giải pháp kỹ thuật lòng giếng, hệ thống thiết bị khai thác thực tế (packer, van gaslift, cây thông khai thác 250 at) và cung cấp các công thức tính toán cụ thể về thủy động lực học vỉa, phương pháp gọi dòng và sơ đồ bố trí giếng bơm ép duy trì áp suất vỉa.

4. Làm sao để tự học và nghiên cứu giáo trình hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu nội dung lý thuyết trước giờ lên lớp, thảo luận nhóm theo chủ đề được phân công (8–10 người/nhóm), giải các bài tập tính toán độ thấm/áp suất vỉa và tìm hiểu thêm tài liệu, video mô phỏng nguyên lý làm việc của thiết bị khai thác trên internet. Bắt buộc đảm bảo tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết trên lớp.

5. Có những tài liệu tham khảo bổ trợ nào được nêu trong giáo trình?

Người học có thể tham khảo 3 tài liệu chuyên ngành được trích dẫn trong danh mục tham khảo của giáo trình:

  • [1] PGS.TS. Cao Ngọc Lâm (2002), Công nghệ khai thác dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội.
  • [2] TS. Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
  • [3] Dương Danh Lam, Phùng Đình Thực, Lê Bá Tuấn, Nguyễn Văn Cảnh (1999), Công nghệ kỹ thuật khai thác dầu khí, NXB Giáo dục.

Kết luận

Giáo trình Cơ sở khai thác cung cấp hệ thống kiến thức chuyên môn hoàn chỉnh về công nghệ hoàn thiện giếng, cơ chế thủy động lực học tầng chứa, các phương pháp khai thác tự phun - cơ học và kỹ thuật xử lý vùng cận đáy giếng.

Trong chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, môn học đóng vai trò bản lề, tạo nền tảng lý thuyết trực tiếp cho các mô-đun thực hành chuyên sâu tiếp theo gồm:

  • Vận hành van (KKT19MĐ50)
  • Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (KKT19MĐ51)
  • Vận hành Bơm (KKT19MĐ52)
  • Vận hành máy nén (KKT19MĐ53)
  • Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54)
  • Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (KKT19MĐ56)
  • Vận hành hệ thống khai thác dầu khí trên mô hình (KKT19MĐ58)
  • Thực tập sản xuất (KKT19MĐ60)

Người học kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng các tài liệu tham khảo chuyên ngành của Trường Đại học Mỏ - Địa chất và Tập đoàn Dầu khí Việt Nam để hoàn thiện năng lực chuyên môn nghề nghiệp.