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保技術研究院有限公司 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，與測量結果相聯系的參數。2016年1月1日實施的《檢驗檢測機構資質認定評審準則》規定[1]，申請資質認定的項目中，檢驗檢測方法有測量不確定度要求時，應有評定測量不確定度的程序，給出相應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之一，按資質認定要求，檢驗檢測機構在測試出現臨界值、進行內部質量控制或客戶有要求時，應采用測量不確定度方法進行評定。

一、實驗部分

1. 儀器設備

實驗儀器設備為：天平，分度值0.01 g；旋轉黏度計，Fann35；500 mL量筒。

2. 測試步驟

按標準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，使液面剛好在內壁的液面標志線上[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將黏度計轉速調到600 r/min，打開儀器開關，外筒開始轉動，讀取穩定后的表盤讀值R600。

二、表觀黏度不確定度的來源分析

根據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]

依據標準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次測量結果的平均值作為測量結果的最佳估計值，由貝塞爾法，其標準不確定度為：

2. 表觀黏度不確定度的B類評定

CNAS-GL016:2018《石油石化領域理化檢測測量不確定度評估指南及實例》[5]指出，當已評估了測量重復性分量，不必再評估諸如樣品稱量、體積測量、儀器讀數的重復性分量，避免重復評估。所以諸如由天平重復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《固體化工產品采樣通則》規定，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

天平校準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，則量筒校準帶來的不確定度分量[6]為2.886 8 mL。

2.3.2 溫度

根據量筒檢定證書提供的信息，量筒在20℃下校準。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為 2.1×10-4/℃[7]，因此水的體積變化：

ΔV=V×水的膨脹系數×ΔT=±0.252 0 mL

假設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

實際使用體積容器允許有1%的讀數誤差，則假設為三角分布，則由讀數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 旋轉黏度計引入的不確定度

3.合成標準不確定度

各不確定度分量見表1。

表1 各不確定度分量

相對合成標準不確定度：

=0.0207

合成標準不確定度：

4.擴展不確定度U

檢測實驗室測量結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、結論

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