基于STAMP模型的浮动核电站小破口事故安全分析

为防止浮动核电站小破口事故发展成严重事故,保证浮动核电站上的堆芯和人员安全,基于STAMP模型针对浮动核电站构建小破口事故控制结构模型,从安全控制角度对浮动核电站小破口事故进行安全分析。通过构建小破口事故STAMP控制与反馈模型,识别小破口事故的安全风险,找出潜在的不安全控制行为,总结分析发生小破口事故可能存在的失效原因,为系统有效改进提供参考意见。     

基于融合系统方法的飞机复杂系统安全性分析

面对日益复杂的飞机系统,传统的安全性分析方法对复杂系统间的不安全交互行为和危险源的识别能力不足。为有效评价持续适航阶段的飞机系统安全性,提出了一种融合系统理论过程分析(STPA)和动态故障树(DFT)的改进的STPA安全性分析方法和评价模型。模型采用STPA识别出不安全控制行为和致因因素,并将其与动态故障树分析方法相融合,以事故致因理论优化致因分析方法,计算得出不安全控制行为发生概率并确定系统潜在危险的关键致因因素。以飞机起落架系统为例进行分析验证,结果表明,改进后的STPA分析方法可以准确的对系统危险进行识别和分析,为持续适航阶段的安全性分析提供支持。     

基于STAMP模型对某金矿爆炸事故致因分析

为探究某金矿爆炸事故发生的原因,从系统论的角度,利用STAMP模型建立3个基本层次控制结构,对事故所涉及系统的安全约束、分层安全控制结构、物理过程、基层操作、外部监管、动态过程视角进行综合分析,发现工人的违章操作与各个组织安全约束的缺失存在关联,自上而下共有18个组织存在控制失误,监督管理以及安全教育培训的缺失是导致事...     

深水钻井井控技术

该文在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南中国海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,可为南海深水钻井井控作业提供参考。     

气体钻井钻遇高产气流时压井模拟实验

气体钻井钻遇高产气流时井筒处于空井状态,如果套压太高:1容易压漏套管鞋处地层;2很难使用钻井泵泵入压井液;3井筒内气量很大又处于高压压缩状态,压井排气时危险性大;因此,通常不通过关井求压来确定地层情况,井底常压法压井无法建立有效液柱平衡地层压力,压井施工缺乏理论依据。为了获取现场实验数据,以便给气体钻井钻遇高产气流时压井方案的制定提供参考,针对该情况下无法关井的特点进行了现场模拟井压井实验。实验过程中通过自动控压钻井系统进行压力自动控制、PWD进行数据实时监测,完成了不同产气量情况下的压井实验,并将实验结果与模拟计算结果进行对比分析,计算精度和实验数据误差在10%以内,取得了良好的实验效果。     

控压钻井气侵流动分析模型研究与应用

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)发生气侵时,可通过实时动态压力控制在保持井底压力恒定的情况下实现气侵有效控制与安全排溢,气侵安全控制的关键是实时准确地井筒流动分析。通过理论分析建立了考虑侵入流体在不同类型钻井液中溶解析出影响的井筒气液两相流模型,考虑动态回压影响,给出了不同控压钻井模式下模型求解的初始及边界条件。基于有限差分法充分考虑不同控压模式下的压力动态调节对气体滑脱、相态变化的综合影响,给出了该模型的求解流程。运用全尺寸模拟井筒气侵测试数据对模型进行了验证分析,运用该模型对页岩气水平井控压钻井气侵控制进行了计算分析。结果表明,该模型具有较高的精度,能够很好地为控压钻井气侵控制与分析提供技术支持。     

城市自动驾驶决策系统安全分析与策略设计

基于系统理论过程分析(system theory process analysis,STPA),提出了一种面向高等级自动驾驶决策系统的安全性开发方法。该方法应用在一个城市自动驾驶决策系统的原型开发阶段,通过安全分析得到系统的70个不安全控制行为。针对其中3个功能状态,分析得到10个不安全控制行为原因,提出9个安全策略。应用其中一个典型安全策略进行系统改进,通过仿真试验对其进行了验证。试验结果表明,基于所提出方法设计的安全策略有效可行,提出的方法能够提高自动驾驶决策系统的安全性。     

海洋水下井口控压钻井系统装备配置方案探讨

控制压力钻井技术是解决窄密度窗口地层钻井井控问题的有效技术保障，在全球陆地、浅海和深水都得到了成功运用。深水是我国油气勘探开发的重要接替区，我国南海油气资源丰富，但是面临高温高压、窄密度作业窗口等难点，井筒压力控制难度较大，给安全高效作业带来了较大困扰。在当前深水控压钻井设备、工艺几乎被国外垄断和深水钻井作业量加大、钻井风险等级升高的背景下，拥有我国自主的深水控压技术及装备是必然的选择。由于水上、水下井口控压钻井技术和装备体系存在较大差异，现有水上井口控压钻井技术无法直接移植到深水。因此，基于我国深水钻井作业现状，提出海洋水下井口控压钻井关键装备自主化配套建设探讨方案。将环空背压的控压钻井系统作为自主化建设的主线，对水上井口的控压系统进行工艺适应性移植，通过综合比较分析，推荐水下井口控压钻井系统ATR配置方案。     

基于欧式贴近度的钻井井控风险定量评价方法研究

加强钻井井控风险评价是安全钻井的重要工作之一,而井控风险定量评价又是井控事故预防和消减的基础。针对钻井井控风险的特点,建立全面合理的钻井井控风险评价指标体系。在模糊物元分析的基础上,结合欧氏贴近度的概念,提出了基于欧氏贴近度的钻井井控风险评价模型,该模型采用定性与定量相结合的层次分析法确定各评价指标的权重。应用该模型对实例井数据计算分析,确定了其风险等级,所得结果与现场基本一致。研究表明该井控风险评价模型合理、可行,可以用于现场对单井进行钻井井控风险评价。     

基于STPA方法的平交道口安全需求分析

现代平交道口控制系统多为由计算机组成的基于通信的控制系统,该类型系统中的危险致因大多源于系统组件间的复杂交互场景未得到充分辨识和控制。为了避免平交道口事故的发生,提出一套基于系统理论过程分析(STPA)的铁路信号系统安全分析方法。借助对传统STPA方法的改进及XSTAMPP软件,以平交道口控制系统为案例进行了安全分析。研究结果实现了安全需求可根据危险分析结果自动生成,解决了传统STPA过程过于依赖人工的问题;分析得到的平交道口控制系统安全需求被自动转化为线性时序逻辑(LTL)语言描述的形式化规范,避免了传统STPA分析结果用自然语言描述可能存在的歧义性,为基于模型的系统设计、测试和验证提供参考。     

井下流量测量装置在MPD系统中的应用研究

在常规钻井和欠平衡钻井的基础上发展起来的控压钻井（MPD）技术已经在国内外一些地区的实际应用中取得了良好效果。介绍的井下流量测量装置采用节流压差法,接在近钻头处,能够随钻监测井下环空流量,并通过随钻测量技术（MWD）把数据及时传至地面进行分析处理,可以及早发现溢流或井漏等井下复杂情况。该技术与现有控压钻井系统结合,能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性及降低钻井成本,为安全可靠地进行控压钻井提供保障。     

基于综合性能指标的控压钻井过程多变量协调控制

针对井底压力控制精度低且钻进时效差等关键技术瓶颈,提出一种综合多性能指标的控压钻井过程协调控制方法.分析环空压力预测模型、钻柱系统集总参数模型、机械钻速模型等不同的单一过程模型,建立适合控制系统设计的控压钻井过程全局模型;基于先进控制理论,充分考虑回压、泵流量、转速、钻压等不同操控变量对井底压力与机械钻速的影响,提出稳...     

基于三角模糊数的钻井井控风险定量评价研究

加强钻井井控风险评价是有效降低井喷事故发生率、减少事故损失的基础工作。为了解决钻井井控风险评价中模糊的不确定的变量难以量化、不能准确量化的难题,将三角模糊数运用到井控风险评价中。针对钻井井控风险的特点,结合现场数据提出了11个关键的钻井井控风险诱因,归纳、分类建立了层次指标体系。结合三角模糊数的理论建立了基于三角模糊数的钻井井控风险定量评价模型。以罗家16H井为例,提取评价所需要的诱因参数,运用该模型进行计算分析,结果表明该井的综合风险值为0.624,属于高度风险值范围,故确定为高度风险等级,该风险等级评价结果与罗家16H井实际情况基本相符。研究表明该井控风险定量评价模型具有一定的准确性和实用性,可以用于现场对单井进行钻井井控风险评价。     

基于系统论事故分析模型的油气智慧管道系统信息物理风险辨识

为了辨识油气智慧管道系统中存在的信息安全风险,本文通过基于系统论事故分析模型(systems-theoretic accident modeling and process)的方法,对油气智慧管道系统的信息物理安全进行全面评估与分析。首先,系统综合分析了油气智慧管道涉及的设备、设施、工艺、元件,评估其安全性。其次,通过建立STAMP模型,深入分析了各层级、元件之间的反馈信息与控制动作,形成了明确的控制反馈回路,突显了元件之间的关联与控制关系。在此基础上,系统辨识出了潜在的信息风险因素,推导并构建了可能发生的系统失效场景。以天然气输气首站油气智慧管道系统为例,研究验证了基于STAMP模型的可行性和有效性。结果显示,该方法不仅直观地描述了元件之间的关联与控制关系,而且从物理层功能安全的角度全面考虑了信息风险,特别凸显了控制元件PCS(process control systems)及易受攻击的操作员站。与传统方法相比,本研究所提出的方法将信息物理安全风险因素的识别率提升至80%以上,提高了40%以上,有助于避免不必要的安全措施冗余设计,提高了安全风险管控的准确性。     

基于CPN高铁临时限速数据融合方案验证

高速铁路列控系统中C3单元和C2单元相对独立控车,两套系统中的列控数据在系统层之间缺乏共享和约束机制.本文在分析系统结构和数据传输特性的基础上,提出一种基于数据融合,提升高速铁路临时限速安全性的方案,并利用有色Petri网(CPN)对融合方案进行建模.通过仿真软件分层和赋时功能构造系统顶层模型、临时限速生成子模型、故障子模型、融合子模型和时间序列,模拟临时限速信息传输过程中的系统状态和行为.仿真结果表明:在故障注入情况下,数据融合方案在一定程度降低了错误数据的输出,提高了系统的安全性.     

基于信息安全控制原理的安全网格技术

结合网格系统安全性问题的研究,分析了传统GSI的缺点以及网格系统及其安全性的特点.针对提高其可扩展性和动态特性的具体要求,提出了信息安全控制的思想,阐述了信息安全控制原理的理论基础和具体内容,研究实现了基于信息安全控制原理的安全网格模型,通过建立安全控制策略库、安全网格认证模块和安全网格控制模块,构建了具有反馈功能的安全网格模型,提高了网格系统的可扩展性和动态性能.该文提出的安全网格技术为进一步提高网格的安全性提供了新的思路.     

精细控压钻井溢流检测及模拟研究

针对现有钻井过程中溢流检测方法无法检测微溢流量,对深井和复杂井井控提出挑战,展开了精细控压钻井 溢流检测及模拟研究。研究中通过对比出入口微流量变化,提出了精细控压钻井溢流检测和分析方法;根据气液两相 流理论,建立了井筒气侵期间流动计算模型。将该检测方法应用于塔中某井进行试验,结果表明：精细控压钻井系统 溢流检测方法可以准确检测溢流的发生和累积溢流量;根据气液两相流模型,可以模拟精细控压钻井不同回压时井筒 流动参数的变化;该检测方法在现场试验中检测结果和模拟结果一致。精细控压钻井系统溢流检测方法能够准确检 测溢流发生,该检测方法具有可行性和可靠性,可对控压钻井发现和控制溢流提供了理论支持。     

控压钻井井控过程中排量优化设计

控压钻井井控是处理气侵溢流问题的有效新方法,包括前期控制和循环排气两个阶段。基于快速施加井口回压控制方法,根据气液固多相流理论,建立控压钻井井控数学模型,并采用有限差分法迭代求解。在此基础上,分析排量对最大井口回压、最大套管鞋处压力和最大立管压力的影响,并提出基于井控安全目标函数的排量优化设计方法。模拟结果表明:在循环排气阶段,立管压力维持不变且为最大值,井口回压达到最大值与气体前沿运移到井口之间存在明显的时间滞后性,气体运移到套管鞋处时套管鞋处压力最大;验证了以出入口流量一致表征井底气侵停止的合理性。模型计算得到的压力值与实验测量值吻合较好。     

平衡自动控压钻井技术在顺南501井的应用

平衡自动控压钻井是根据地层压力限制,在常规钻井的循环路径中,加入精细控制系统,实现井底压力实时监测,根据要求自动控制井底压力,在钻井过程中始终保持井底压力略大于地层压力的钻井工艺。格瑞迪斯自主研制的平衡自动控压钻井系统在顺南501井成功应用,解决了该井油气活跃、气侵严重导致钻井效率低的难题。     

CTCS-3级列控车载设备的形式化建模与验证

CTCS-3级列控系统安全苛求性较高,而列控车载设备是CTCS-3级列控系统的主体,主要功能是对列车进行操纵和控制,保证列车安全运行的关键。通过分析CTCS-3级列控车载设备之间的信息交互以及车载安全计算机中工作模式的转换规则,采用有色Petri网(CPN)建立车载设备的信息交互模型以及工作模式转换模型,使用ASK-CTL分支时序逻辑公式验证了模型的死标识、死锁以及分析工作模式下的系统行为等特性,验证构建的CPN模型符合系统规范要求的流程及规则,可为相关安全苛求系统的设计提供一定参考。