鉆井液用包被劑兩性離子聚合物表觀黏度的測量不確定度評定

王貴江，董 磊，趙大偉，劉 璐，李雄飛

(1中國石油集團安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司 2中國石油物資有限公司非金屬材料采購處 3中國石油集團渤海鉆探工程公司第五鉆井分公司 4玉門油田分公司老君廟采油廠 )

不確定度全稱測量不確定度，表征合理賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。2016年1月1日實施的《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定評審準(zhǔn)則》規(guī)定[1]，申請資質(zhì)認定的項目中，檢驗檢測方法有測量不確定度要求時，應(yīng)有評定測量不確定度的程序，給出相應(yīng)檢驗檢測能力的評定測量不確定度案例。1%水溶液表觀黏度是鉆井液用包被劑兩性離子聚合物的性能指標(biāo)之一，按資質(zhì)認定要求，檢驗檢測機構(gòu)在測試出現(xiàn)臨界值、進行內(nèi)部質(zhì)量控制或客戶有要求時，應(yīng)采用測量不確定度方法進行評定。

一、實驗部分

1. 儀器設(shè)備

實驗儀器設(shè)備為：天平，分度值0.01 g；旋轉(zhuǎn)黏度計，F(xiàn)ann35；500 mL量筒。

2. 測試步驟

按標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5696-2017和GB/T 16783.1-2014的要求：①用500 mL量筒量取400 mL蒸餾水于高攪杯中，然后稱取兩性離子聚合物試樣4.00 g(稱準(zhǔn)至0.01 g)，在攪拌的情況下慢慢加入蒸餾水中，配成1%水溶液[2]；②在25℃±1℃下密閉養(yǎng)護24 h，然后高速攪拌5 min；③將攪拌后的樣品倒入黏度計專用的容器內(nèi)，使液面剛好在內(nèi)壁的液面標(biāo)志線上[3]；④將容器放在黏度計的杯架上，升高，使液面與外筒上的液面刻度線平齊；⑤將黏度計轉(zhuǎn)速調(diào)到600 r/min，打開儀器開關(guān)，外筒開始轉(zhuǎn)動，讀取穩(wěn)定后的表盤讀值R600。

二、表觀黏度不確定度的來源分析

根據(jù)SY/T 5696-2017和GB/T 16783.1-2014所描述的測試步驟，兩性離子聚合物表觀黏度的測量不確定度的主要來源有：①試驗重復(fù)性引入的不確定度；②樣品制備過程(取樣)引入的不確定度；③試樣稱量引入的不確定度；④筒量取400 mL蒸餾水引入的不確定度；⑤旋轉(zhuǎn)黏度計引入的不確定度。

三、表觀黏度不確定度的評定

1. 表觀黏度不確定度的A類評定[4]

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5696-2017 《鉆井液用包被劑兩性離子聚合物》對10份兩性離子聚合物試樣的表觀黏度進行測定，每份樣品測定單次，平均值為：R600=60.6，ηa=30.3。

采用10次測量結(jié)果的平均值作為測量結(jié)果的最佳估計值，由貝塞爾法，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2. 表觀黏度不確定度的B類評定

CNAS-GL016:2018《石油石化領(lǐng)域理化檢測測量不確定度評估指南及實例》[5]指出，當(dāng)已評估了測量重復(fù)性分量，不必再評估諸如樣品稱量、體積測量、儀器讀數(shù)的重復(fù)性分量，避免重復(fù)評估。所以諸如由天平重復(fù)性等帶來的不確定度分量不再評估。

2.1 樣品制備過程(取樣)引入的不確定度

本實驗依照GB/T 6679《固體化工產(chǎn)品采樣通則》規(guī)定，將兩性離子聚合物充分混合后隨機取樣，可認為樣品是均勻的，代表性充分，由此所致的不確定度可忽略不計。

2.2 試樣稱量引入的不確定度

2.2.1 天平校準(zhǔn)

天平校準(zhǔn)證書給出天平信息為：m≤1 kg時，U=0.01 g(k=2)，所以由天平校準(zhǔn)帶來的不確定度分量為0.005 g。

2.2.2 相對不確定度

試樣稱量質(zhì)量：m=4.00 g，相對不確定度為0.001 25。

2.3 筒量取400 mL蒸餾水引入的不確定度

2.3.1 量筒檢定

量筒檢定證書給出在20℃時，體積為(500±5.0)mL，按均勻分布，則量筒校準(zhǔn)帶來的不確定度分量[6]為2.886 8 mL。

2.3.2 溫度

根據(jù)量筒檢定證書提供的信息，量筒在20℃下校準(zhǔn)。而實驗室溫度在(20±3) ℃之間變動，該影響引起的不確定度可通過估算該溫度范圍和體積膨脹系數(shù)來進行計算。液體的體積膨脹明顯大于量筒的體積膨脹，故只考慮液體膨脹即可。由于水的體積膨脹系數(shù)為 2.1×10-4/℃[7]，因此水的體積變化：

ΔV=V×水的膨脹系數(shù)×ΔT=±0.252 0 mL

假設(shè)溫度變化按矩形分布，則由此引起的不確定度分量：

2.3.3 人員讀數(shù)

實際使用體積容器允許有1%的讀數(shù)誤差，則假設(shè)為三角分布，則由讀數(shù)引起的不確定度分量：

2.3.4 蒸餾水體積V帶來的不確定度

量取400 mL蒸餾水，相對不確定度為：

2.4 旋轉(zhuǎn)黏度計引入的不確定度

3.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各不確定度分量見表1。

表1 各不確定度分量

相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

=0.0207

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4.擴展不確定度U

檢測實驗室測量結(jié)果的不確定度評估中一般可不計算有效自由度νeff，而直接取置信水平 95%，k=2，U=k×u(ηa)=1.2544 mPa·s。

5. 結(jié)果報告

兩性離子聚合物試樣1%表觀黏度：ηa=(30.3±1.3) mPa·s (k=2)。

四、結(jié)論

在兩性離子聚合物1%水溶液表觀黏度的測定中，旋轉(zhuǎn)黏度計帶來的不確定度分量是最大的。因此，定期對旋轉(zhuǎn)黏度計進行檢定校準(zhǔn)和期間核查，提高檢測人員實驗操作熟練程度，可以有效降低不確定度，提高檢測質(zhì)量。