實驗室間比對在企業質量控制中的應用

石油工業油井水泥及外加劑質量監督檢驗中心（天津300450）

實驗室間比對在企業質量控制中的應用

宋 鶴，劉翠微，安耀彬

石油工業油井水泥及外加劑質量監督檢驗中心（天津300450）

由中國石油天然氣集團公司質量與標準管理部組織，石油工業油井水泥及外加劑質量監督檢驗中心負責協調實施關于“鉆井液用膨潤土懸浮液的流變性及濾失量的檢測”的實驗室間比對實驗，本次比對實驗共有32家油田企業及科研院所參加，比對項目包括鉆井液處理劑基本性能（懸浮液流變性、濾失量）的檢測能力，就此次實驗室間比對結果進行分析和探討，其中的經驗可以為其他企業和相關實驗室開展實驗室間比對工作提供借鑒和參考。

實驗室間比對；流變性；濾失量；質量控制

質量控制是為達到質量要求所采取的作業技術和活動，是質量管理的一部分。實驗室間比對實驗是實驗室質量控制方法之一，通過對某項技術能力的驗證，識別實驗室中存在的問題，以便有針對性地采取措施進行改進，確保實驗室對某特定項目的持續檢測能力。

企業內部進行實驗室間比對，不僅有助于驗證實驗室的技術能力，及時發現實驗室存在的不足，通過制定相關的補救措施進行實施糾正，使實驗室在影響檢測結果的方面（人員水平、檢測方法、儀器校準以及環境條件等）得以完善，保障實驗室檢測結果的準確可靠，確保實驗室維持較高的檢測、校準水平，提高產品質量，使客戶對實驗室持續地出具可靠檢測或校準結果加強了信任，進而起到維護企業利益的作用。

實驗室間比對由中國石油天然氣集團公司質量與標準管理部組織，石油工業油井水泥及外加劑質量監督檢驗中心負責協調實施計劃，其目的是考核、驗證和評估公司下屬各鉆井液實驗室對鉆井液處理劑基本性能的穩定性與準確性，以保證檢測數據的準確性和各實驗室之間數據的一致性，同時可以為其他企業和相關實驗室今后開展實驗室間比對實驗提供借鑒和參考。

1 比對實驗

1.1 組織形式

中國石油天然氣集團公司質量與標準管理部參照GB/T 27043-2012《合格評定能力驗證的通用要求》[1]組織進行了“鉆井液用膨潤土懸浮液流變性及濾失量測定”實驗室間比對項目。石油工業油井水泥及外加劑質量監督檢驗中心（以下簡稱中心）首次作為主導實驗室負責協調實施本次實驗室能力驗證實驗。能力驗證測試項目為鉆井液用膨潤土懸浮液的流變性及濾失量的檢測，比對標準按照GB/T 5005-2010《鉆井液材料規范》[2]進行測定，該標準等效采用ISO 13500:2008《Petroleum and natural gas industries-drilling fluid materials-specifications and tests》[3]。能力驗證實驗配備工作小組成員7人，技術專家3人，統計專家1人。

參加比對驗證的實驗室共32個，包括中國石油天然氣集團公司所屬各油田公司、鉆探公司以及直屬科研院所下屬的鉆井液材料及處理劑實驗室。其中，油田公司下屬鉆井液材料及處理劑實驗室14個，鉆探公司下屬鉆井液材料及處理劑實驗室5個，科研院所下屬鉆井液材料及處理劑實驗室13個。出于保密的需要，比對計劃對每個參加實驗室隨機賦予唯一的代碼（001~032），檢測報告中說明參加實驗室的相關情況、檢測結果、結果評價時均以對應代碼表示。整個測試過程都安排錄像實時跟蹤，確保實驗結果與錄像結果一致，同時保證檢測結果的可追溯性。

表1 樣品流變性及濾失量測試結果

表2 單因子方差分析結果

1.2 樣品制備

中心負責實驗樣品的制備，樣品制備方法如下：從未開封的鉆井液用膨潤土（25kg/桶）中，多點隨機抽取5kg樣品，放入潔凈干燥的塑料桶中，蓋上蓋子，按滾動、上下振蕩的方式對樣品進行混合，混合時間1h。用塑料小瓶對混合后的樣品進行封裝，每瓶約55g，用自封塑料瓶真空密封。在發送樣品前，中心對樣品進行了均勻性檢驗，并且在比對實驗實施全過程中進行樣品穩定性監測。

1.2.1 樣品均勻性檢測

從分裝好的80瓶樣品中，隨機抽取10瓶樣品，分別編號為S-001、S-002、……S-010，按GB/T 5005 -2010《鉆井液材料規范》要求對樣品的流變性能及濾失量進行檢測，并根據CNAS GL03-2006《能力驗證樣品均勻性和穩定性評價指南》[4]中單因子方差分析方法進行樣品均勻性檢驗。對抽取的樣品，在重復條件下測試2次，共測試20次。為了減小測試中定向變化的影響，對重復測試的樣品單獨取樣，重復測試按照隨機次序進行。樣品的測試結果與單因子方差分析結果分別見表1，表2。結果表明，在顯著水平α（通常α=0.05）條件下，統計量F計算值均小于臨界值F0.05（9,10），說明樣品內和樣品間無顯著性差異，樣品是均勻的。

1.2.2 樣品穩定性檢驗

在分發樣品前和整個實驗比對過程中，根據CNAS GL03-2006《能力驗證樣品均勻性和穩定性評價指南》中t檢驗法，從分裝在小塑料瓶的樣品中分別隨機抽取3個樣品用于穩定性檢驗。抽取的樣品，在重復條件下測試2次。為了減小測試中定向變化的影響，對重復測試的樣品進行單獨取樣，重復測試按隨機次序進行。穩定性檢驗測試結果與t檢驗法分析結果分別見表3和表4。分析結果表明，在顯著水平α（通常α=0.05）下，t計算值均小于臨界值t0.05（10）=2.23，并且分發樣品前測試結果的平均值和全部實驗室檢測結果提交后測試結果的平均值之間無顯著性差異，說明在比對實驗實施過程中樣品的穩定性良好，各實驗室比對數據的差異可排除比對標準不穩定引起的因素。

1.3 統計分析的設計及結果評價原則

實驗室間比對結果的統計評價方法采用穩健統計法，穩健統計的中位值作為指定值[5]，標準化四分位數間距（NIQR）作為能力評定標準差。評價方法共涉及7個綜合統計量：結果數、中位值、標準四分位數間距（NIQR）、穩健變異系數（CV）、最小值、最大值和極差[4]。

表3 樣品流變性及濾失量穩定性檢驗測試結果

表4 t檢驗分析結果

對參比實驗室的檢測結果，按式（1）計算Z值（Z比分數）：

式中，x為實驗室檢測結果；X為指定值；σ為能力評定標準差。

具體評價方法：

Z比分數作為國際和區域實驗室認可組織廣泛認同的計算方法，可以衡量某一測試結果在一組數據中的相對于中位值的偏離程度，Z絕對值越小，表明該結果的偏離程度越低。

2 結果與分析評價

2.1 檢測結果

中心根據所有比對項目的統計量匯總結果見表5。根據Z值的大小，繪制Z值直方圖。圖1結果顯示600r/min讀數檢測結果有問題的實驗室為003、005、012和030，不滿意結果的實驗室為031；圖2結果顯示300r/min讀數檢測結果有問題的實驗室為003、012和026，不滿意結果的實驗室為031；動塑比的檢測結果如圖3所示，結果有問題的實驗室為009、025、026和030，不存在不滿意結果；從圖4可以看出，濾失量檢測結果有問題的實驗室為003和025，不滿意結果的實驗室為016和031。

表5 統計量匯總表

圖1 鉆井液用膨潤土懸浮液流變性（600r/min讀數）實驗室間Z比分數直方圖

圖2 鉆井液用膨潤土懸浮液流變性（300r/min讀數）實驗室間Z比分數直方圖

2.2 分析評價

根據各實驗室的錄像及各實驗室提供的其他技術資料，針對本次能力驗證的實際情況，對所有測試項目的結果進行分析：

1）在測定600r/min讀數的過程中，實驗室031存在較為嚴重的系統誤差，提供的測試數據離群，實驗室003、005、012、030存在一定的系統誤差，提供的測試結果可疑。

2）在測定300r/min讀數的過程中，實驗室031存在較為嚴重的系統誤差，提供的測試數據離群，實驗室003、012、026存在一定的系統誤差，提供的測試結果可疑。

3）動塑比結果顯示,實驗室009、025、026和030的測試結果可疑，需查找系統誤差的來源。測試結果偏高（Z比分數為正值且Z＞2）可能是由于攪漿速度偏高，老化溫度偏高；相反，測試結果偏低（Z比分數為負值Z＜-2）。

4）在測定鉆井液用膨潤土懸浮液濾失量的過程中，實驗室016、031存在較為嚴重的系統誤差，提供的測試數據離群，實驗室003、025存在一定的系統誤差，提供的測試結果可疑，需查找系統誤差的來源。測試結果偏低可能是由于攪漿速度偏高，老化溫度偏高、黏度偏高、篩網尺寸偏小以及實驗壓力偏小等原因；相反，測試結果偏高。

圖3 鉆井液用膨潤土懸浮液流變性（動塑比）實驗室間Z比分數直方圖

圖4 鉆井液用膨潤土懸浮液濾失量實驗室間Z比分數直方圖

根據上述結果，針對各實驗室的情況提出如下幾方面問題：

1）稱量。根據GB/T 5005-2010《鉆井液材料規范》規定，天平精度為0.01g，稱量步驟應盡量簡化，減少稱量帶來的誤差。

2）加樣順序。由于膨潤土有較強的吸水性和附著性，容易附著至杯底，造成配漿失敗。因此加樣順序為先加水后加膨潤土，必要時，可先將配漿水在高速攪拌器上攪拌，邊攪拌邊加入膨潤土。

3）實驗溫度。根據GB/T 5005-2010《鉆井液材料規范》規定，養護（老化）溫度為（25±1）℃，溫度計精度為0.5℃，測定應在懸浮液溫度為(25±1)℃條件下進行。

4）攪拌速度。根據GB/T 5005-2010《鉆井液材料規范》規定，高速攪拌器負載轉數應為（11 000± 300）r/min。

5）正確使用檢定/校準結果。正確使用檢定/校準結果包括：①儀器設備經檢定/校準后需確認是否符合要求方可使用；②正確使用修正因子。

6）測定順序。實驗室進行流變性測定時，必須按照從高速到低速進行，并且要等指針穩定時方能讀數。對多數鉆井液，特別是觸變性較大的鉆井液，按不同次序測定的結果是不重復的。

7）讀數取值。黏度計的讀數時，除準確讀出分度值的數字(準確值)外，還要估讀到分度值的下一位(估計值)。

8）常溫老化設備。GB/T 5005-2010中規定常溫老化設備溫度應達到（25±1）℃，老化16h（實驗室005、024無老化設備，032未見老化設備）。常溫老化沒必要用高溫老化罐（即陳化釜）（實驗室025、030和032）。若實驗漿中加入氯化鈉、氯化鉀等鹽類，長期養護會腐蝕陳化釜及攪拌漿杯內壁，倒入潔凈干燥的玻璃廣口瓶加蓋即可。比對實驗漿可以直接使用不銹鋼攪拌漿杯加蓋保鮮膜進行養護。

9）儀器檢定。參加比對的實驗室使用未經檢定、校準及確認的儀器，出現上述情況，量值溯源得不到保證。檢定/校準應關注儀器量程內常用點或段的準確性、穩定性。

10）在測定濾失量之前，應對濾網進行認真檢查（篩網要檢定）。濾網上面的任何砂?；蛎潭伎赡軐V紙刺穿，使實驗失敗。

11）在倒入懸浮液之前，要保證濾失儀樣品杯的部件洗凈擦干，防止對樣品造成污染，并且保證密封圈沒有變形或磨損。

12）在使用量筒讀取濾失量時應注意，測量的精確程度是由量筒的分度值和量程決定的。根據所要達到的精確度，選擇分度值和量程都合適的量筒。測量時要盡量選擇量程大于所測值的量筒，這樣可避免多次測量的累加，提高測量精確度，但不是越大越好，即要選擇合適量程的量筒。濾失量測量計時應遵循在給壓的同時開始計時，不能等濾液滴下開始計時。

3 經驗與建議

通過實驗室間比對實驗，能夠對企業內部各實驗室的技術能力進行一次全面、綜合的考察，充分了解各實驗室檢測能力的現狀，及時發現實驗室存在的不足，通過實施糾正，使各實驗室在影響檢測結果的方面得以完善，確保檢定結果一致性，提高實驗室的檢測水平。作為本次比對實驗的主導實驗室，現將其中的經驗與建議列舉如下：

1）本次比對實驗只針對一種鉆井液膨潤土，統計分析結果只能分析出實驗室間的系統誤差，對于實驗室內的隨機誤差無法給予評估，在后續的實驗室比對實驗中，只需要進行略有差異的分割樣品就能得以評估。

2）作為主導實驗室，在實施比對實驗工作前，應制定詳細的方案，以保證比對實驗順利開展，并以作業指導書的形式向參加實驗室提供詳細的信息，要求參加的實驗室嚴格按照作業指導書中的條款進行實驗操作，保證參加的實驗室能夠出具有效的實驗數據。

3）在進行比對實驗計劃設計時，應杜絕存在竄改和偽造實驗結果的機會。必要時，可以在檢測之前告知參加實驗室檢測物品的目標范圍，但在結果處理完成前，不應向其披露指定值。

4）主導實驗室承擔并負責檢測樣品的制備以及檢測樣品均勻性和穩定性的檢驗，任何與檢測物品有關的、可能影響比對結果的條件在策劃和設計中應予充分考慮。

5）在進行比對設計時需設定比對參數，各參比實驗室在同一指定比對參數進行比對實驗，以便更科學公正地評價實驗室的校準測量能力。

6）整個實驗測試過程進行跟蹤錄像，以保證測試結果的可追溯性。

7）主導實驗室編寫能力驗證報告，報告的內容根據具體方案確定，應清晰、全面，包含所有實驗室結果分布的數據，以及各參加者能力的說明。

[1]全國認證認可標準化委員會.合格評定能力驗證的通用要求：GB/T 27043-2012[S].北京:中國標準出版社,2012.

[2]中國國家標準化委員會.鉆井液材料規范：GB/T 5005-2010[S].北京:中國標準出版社,2010.

[3]Petroleum and natural gas industries-Drilling fluid materials-Specifications and tests：ISO 13500：2008[S].

[4]中國合格評定國家認可委員會.能力驗證樣品均勻性和穩定性評價指南：CNAS GL03-2006[S].北京:[出版者不詳], 2006.

[5]韓靜.能力驗證在實驗室質量控制中的作用[J].水利技術監督,2009,17(2):8-9.

本文編輯：左學敏

In 2014,the comparison experiments among different laboratories on"the detection of the rheological properties and the filtration loss of the bentonite suspension liquid used for drilling fluid were carried out,and they are organized by the Quality and Standard Management Department of China National Petroleum Corporation and coordinated by the Quality Supervision and Test Center for Oil Well Cement and Additives in Petroleum Industry.And the experiments were finished by 37 oilfield enterprises and institutes.The ability of the laboratories to test the basic properties(the rheological properties and the filtration loss of the suspension liquid)of the drilling liquid additives are compared,and the test results of them are analyzed and discussed.The experience gained in this comparison can provide reference for other enterprises and related laboratories to carry out laboratory comparison work in the future.

comparison among laboratories;rheological property;filtration loss;quality control

2015-06-18

宋鶴（1972-），男，碩士，目前從事油田化學劑產品質量監督檢驗工作。