钻井液用包被剂两性离子聚合物表观黏度的测量不确定度评定

王贵江，董 磊，赵大伟，刘 璐，李雄飞

(1中国石油集团安全环保技术研究院有限公司 2中国石油物资有限公司非金属材料采购处 3中国石油集团渤海钻探工程公司第五钻井分公司 4玉门油田分公司老君庙采油厂 )

不确定度全称测量不确定度，表征合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。2016年1月1日实施的《检验检测机构资质认定评审准则》规定[1]，申请资质认定的项目中，检验检测方法有测量不确定度要求时，应有评定测量不确定度的程序，给出相应检验检测能力的评定测量不确定度案例。1%水溶液表观黏度是钻井液用包被剂两性离子聚合物的性能指标之一，按资质认定要求，检验检测机构在测试出现临界值、进行内部质量控制或客户有要求时，应采用测量不确定度方法进行评定。

一、实验部分

1. 仪器设备

实验仪器设备为：天平，分度值0.01 g；旋转黏度计，Fann35；500 mL量筒。

2. 测试步骤

按标准SY/T 5696-2017和GB/T 16783.1-2014的要求：①用500 mL量筒量取400 mL蒸馏水于高搅杯中，然后称取两性离子聚合物试样4.00 g(称准至0.01 g)，在搅拌的情况下慢慢加入蒸馏水中，配成1%水溶液[2]；②在25℃±1℃下密闭养护24 h，然后高速搅拌5 min；③将搅拌后的样品倒入黏度计专用的容器内，使液面刚好在内壁的液面标志线上[3]；④将容器放在黏度计的杯架上，升高，使液面与外筒上的液面刻度线平齐；⑤将黏度计转速调到600 r/min，打开仪器开关，外筒开始转动，读取稳定后的表盘读值R600。

二、表观黏度不确定度的来源分析

根据SY/T 5696-2017和GB/T 16783.1-2014所描述的测试步骤，两性离子聚合物表观黏度的测量不确定度的主要来源有：①试验重复性引入的不确定度；②样品制备过程(取样)引入的不确定度；③试样称量引入的不确定度；④筒量取400 mL蒸馏水引入的不确定度；⑤旋转黏度计引入的不确定度。

三、表观黏度不确定度的评定

1. 表观黏度不确定度的A类评定[4]

依据标准SY/T 5696-2017 《钻井液用包被剂两性离子聚合物》对10份两性离子聚合物试样的表观黏度进行测定，每份样品测定单次，平均值为：R600=60.6，ηa=30.3。

采用10次测量结果的平均值作为测量结果的最佳估计值，由贝塞尔法，其标准不确定度为：

2. 表观黏度不确定度的B类评定

CNAS-GL016:2018《石油石化领域理化检测测量不确定度评估指南及实例》[5]指出，当已评估了测量重复性分量，不必再评估诸如样品称量、体积测量、仪器读数的重复性分量，避免重复评估。所以诸如由天平重复性等带来的不确定度分量不再评估。

2.1 样品制备过程(取样)引入的不确定度

本实验依照GB/T 6679《固体化工产品采样通则》规定，将两性离子聚合物充分混合后随机取样，可认为样品是均匀的，代表性充分，由此所致的不确定度可忽略不计。

2.2 试样称量引入的不确定度

2.2.1 天平校准

天平校准证书给出天平信息为：m≤1 kg时，U=0.01 g(k=2)，所以由天平校准带来的不确定度分量为0.005 g。

2.2.2 相对不确定度

试样称量质量：m=4.00 g，相对不确定度为0.001 25。

2.3 筒量取400 mL蒸馏水引入的不确定度

2.3.1 量筒检定

量筒检定证书给出在20℃时，体积为(500±5.0)mL，按均匀分布，则量筒校准带来的不确定度分量[6]为2.886 8 mL。

2.3.2 温度

根据量筒检定证书提供的信息，量筒在20℃下校准。而实验室温度在(20±3) ℃之间变动，该影响引起的不确定度可通过估算该温度范围和体积膨胀系数来进行计算。液体的体积膨胀明显大于量筒的体积膨胀，故只考虑液体膨胀即可。由于水的体积膨胀系数为 2.1×10-4/℃[7]，因此水的体积变化：

ΔV=V×水的膨胀系数×ΔT=±0.252 0 mL

假设温度变化按矩形分布，则由此引起的不确定度分量：

2.3.3 人员读数

实际使用体积容器允许有1%的读数误差，则假设为三角分布，则由读数引起的不确定度分量：

2.3.4 蒸馏水体积V带来的不确定度

量取400 mL蒸馏水，相对不确定度为：

2.4 旋转黏度计引入的不确定度

3.合成标准不确定度

各不确定度分量见表1。

表1 各不确定度分量

相对合成标准不确定度：

=0.0207

合成标准不确定度：

4.扩展不确定度U

检测实验室测量结果的不确定度评估中一般可不计算有效自由度νeff，而直接取置信水平 95%，k=2，U=k×u(ηa)=1.2544 mPa·s。

5. 结果报告

两性离子聚合物试样1%表观黏度：ηa=(30.3±1.3) mPa·s (k=2)。

四、结论

在两性离子聚合物1%水溶液表观黏度的测定中，旋转黏度计带来的不确定度分量是最大的。因此，定期对旋转黏度计进行检定校准和期间核查，提高检测人员实验操作熟练程度，可以有效降低不确定度，提高检测质量。