石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心（天津300450）

实验室间比对在企业质量控制中的应用

宋 鹤，刘翠微，安耀彬

石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心（天津300450）

由中国石油天然气集团公司质量与标准管理部组织，石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心负责协调实施关于“钻井液用膨润土悬浮液的流变性及滤失量的检测”的实验室间比对实验，本次比对实验共有32家油田企业及科研院所参加，比对项目包括钻井液处理剂基本性能（悬浮液流变性、滤失量）的检测能力，就此次实验室间比对结果进行分析和探讨，其中的经验可以为其他企业和相关实验室开展实验室间比对工作提供借鉴和参考。

实验室间比对；流变性；滤失量；质量控制

质量控制是为达到质量要求所采取的作业技术和活动，是质量管理的一部分。实验室间比对实验是实验室质量控制方法之一，通过对某项技术能力的验证，识别实验室中存在的问题，以便有针对性地采取措施进行改进，确保实验室对某特定项目的持续检测能力。

企业内部进行实验室间比对，不仅有助于验证实验室的技术能力，及时发现实验室存在的不足，通过制定相关的补救措施进行实施纠正，使实验室在影响检测结果的方面（人员水平、检测方法、仪器校准以及环境条件等）得以完善，保障实验室检测结果的准确可靠，确保实验室维持较高的检测、校准水平，提高产品质量，使客户对实验室持续地出具可靠检测或校准结果加强了信任，进而起到维护企业利益的作用。

实验室间比对由中国石油天然气集团公司质量与标准管理部组织，石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心负责协调实施计划，其目的是考核、验证和评估公司下属各钻井液实验室对钻井液处理剂基本性能的稳定性与准确性，以保证检测数据的准确性和各实验室之间数据的一致性，同时可以为其他企业和相关实验室今后开展实验室间比对实验提供借鉴和参考。

1 比对实验

1.1 组织形式

中国石油天然气集团公司质量与标准管理部参照GB/T 27043-2012《合格评定能力验证的通用要求》[1]组织进行了“钻井液用膨润土悬浮液流变性及滤失量测定”实验室间比对项目。石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心（以下简称中心）首次作为主导实验室负责协调实施本次实验室能力验证实验。能力验证测试项目为钻井液用膨润土悬浮液的流变性及滤失量的检测，比对标准按照GB/T 5005-2010《钻井液材料规范》[2]进行测定，该标准等效采用ISO 13500:2008《Petroleum and natural gas industries-drilling fluid materials-specifications and tests》[3]。能力验证实验配备工作小组成员7人，技术专家3人，统计专家1人。

参加比对验证的实验室共32个，包括中国石油天然气集团公司所属各油田公司、钻探公司以及直属科研院所下属的钻井液材料及处理剂实验室。其中，油田公司下属钻井液材料及处理剂实验室14个，钻探公司下属钻井液材料及处理剂实验室5个，科研院所下属钻井液材料及处理剂实验室13个。出于保密的需要，比对计划对每个参加实验室随机赋予唯一的代码（001~032），检测报告中说明参加实验室的相关情况、检测结果、结果评价时均以对应代码表示。整个测试过程都安排录像实时跟踪，确保实验结果与录像结果一致，同时保证检测结果的可追溯性。

表1 样品流变性及滤失量测试结果

表2 单因子方差分析结果

1.2 样品制备

中心负责实验样品的制备，样品制备方法如下：从未开封的钻井液用膨润土（25kg/桶）中，多点随机抽取5kg样品，放入洁净干燥的塑料桶中，盖上盖子，按滚动、上下振荡的方式对样品进行混合，混合时间1h。用塑料小瓶对混合后的样品进行封装，每瓶约55g，用自封塑料瓶真空密封。在发送样品前，中心对样品进行了均匀性检验，并且在比对实验实施全过程中进行样品稳定性监测。

1.2.1 样品均匀性检测

从分装好的80瓶样品中，随机抽取10瓶样品，分别编号为S-001、S-002、……S-010，按GB/T 5005 -2010《钻井液材料规范》要求对样品的流变性能及滤失量进行检测，并根据CNAS GL03-2006《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》[4]中单因子方差分析方法进行样品均匀性检验。对抽取的样品，在重复条件下测试2次，共测试20次。为了减小测试中定向变化的影响，对重复测试的样品单独取样，重复测试按照随机次序进行。样品的测试结果与单因子方差分析结果分别见表1，表2。结果表明，在显著水平α（通常α=0.05）条件下，统计量F计算值均小于临界值F0.05（9,10），说明样品内和样品间无显著性差异，样品是均匀的。

1.2.2 样品稳定性检验

在分发样品前和整个实验比对过程中，根据CNAS GL03-2006《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》中t检验法，从分装在小塑料瓶的样品中分别随机抽取3个样品用于稳定性检验。抽取的样品，在重复条件下测试2次。为了减小测试中定向变化的影响，对重复测试的样品进行单独取样，重复测试按随机次序进行。稳定性检验测试结果与t检验法分析结果分别见表3和表4。分析结果表明，在显著水平α（通常α=0.05）下，t计算值均小于临界值t0.05（10）=2.23，并且分发样品前测试结果的平均值和全部实验室检测结果提交后测试结果的平均值之间无显著性差异，说明在比对实验实施过程中样品的稳定性良好，各实验室比对数据的差异可排除比对标准不稳定引起的因素。

1.3 统计分析的设计及结果评价原则

实验室间比对结果的统计评价方法采用稳健统计法，稳健统计的中位值作为指定值[5]，标准化四分位数间距（NIQR）作为能力评定标准差。评价方法共涉及7个综合统计量：结果数、中位值、标准四分位数间距（NIQR）、稳健变异系数（CV）、最小值、最大值和极差[4]。

表3 样品流变性及滤失量稳定性检验测试结果

表4 t检验分析结果

对参比实验室的检测结果，按式（1）计算Z值（Z比分数）：

式中，x为实验室检测结果；X为指定值；σ为能力评定标准差。

具体评价方法：

Z比分数作为国际和区域实验室认可组织广泛认同的计算方法，可以衡量某一测试结果在一组数据中的相对于中位值的偏离程度，Z绝对值越小，表明该结果的偏离程度越低。

2 结果与分析评价

2.1 检测结果

中心根据所有比对项目的统计量汇总结果见表5。根据Z值的大小，绘制Z值直方图。图1结果显示600r/min读数检测结果有问题的实验室为003、005、012和030，不满意结果的实验室为031；图2结果显示300r/min读数检测结果有问题的实验室为003、012和026，不满意结果的实验室为031；动塑比的检测结果如图3所示，结果有问题的实验室为009、025、026和030，不存在不满意结果；从图4可以看出，滤失量检测结果有问题的实验室为003和025，不满意结果的实验室为016和031。

表5 统计量汇总表

图1 钻井液用膨润土悬浮液流变性（600r/min读数）实验室间Z比分数直方图

图2 钻井液用膨润土悬浮液流变性（300r/min读数）实验室间Z比分数直方图

2.2 分析评价

根据各实验室的录像及各实验室提供的其他技术资料，针对本次能力验证的实际情况，对所有测试项目的结果进行分析：

1）在测定600r/min读数的过程中，实验室031存在较为严重的系统误差，提供的测试数据离群，实验室003、005、012、030存在一定的系统误差，提供的测试结果可疑。

2）在测定300r/min读数的过程中，实验室031存在较为严重的系统误差，提供的测试数据离群，实验室003、012、026存在一定的系统误差，提供的测试结果可疑。

3）动塑比结果显示,实验室009、025、026和030的测试结果可疑，需查找系统误差的来源。测试结果偏高（Z比分数为正值且Z＞2）可能是由于搅浆速度偏高，老化温度偏高；相反，测试结果偏低（Z比分数为负值Z＜-2）。

4）在测定钻井液用膨润土悬浮液滤失量的过程中，实验室016、031存在较为严重的系统误差，提供的测试数据离群，实验室003、025存在一定的系统误差，提供的测试结果可疑，需查找系统误差的来源。测试结果偏低可能是由于搅浆速度偏高，老化温度偏高、黏度偏高、筛网尺寸偏小以及实验压力偏小等原因；相反，测试结果偏高。

图3 钻井液用膨润土悬浮液流变性（动塑比）实验室间Z比分数直方图

图4 钻井液用膨润土悬浮液滤失量实验室间Z比分数直方图

根据上述结果，针对各实验室的情况提出如下几方面问题：

1）称量。根据GB/T 5005-2010《钻井液材料规范》规定，天平精度为0.01g，称量步骤应尽量简化，减少称量带来的误差。

2）加样顺序。由于膨润土有较强的吸水性和附着性，容易附着至杯底，造成配浆失败。因此加样顺序为先加水后加膨润土，必要时，可先将配浆水在高速搅拌器上搅拌，边搅拌边加入膨润土。

3）实验温度。根据GB/T 5005-2010《钻井液材料规范》规定，养护（老化）温度为（25±1）℃，温度计精度为0.5℃，测定应在悬浮液温度为(25±1)℃条件下进行。

4）搅拌速度。根据GB/T 5005-2010《钻井液材料规范》规定，高速搅拌器负载转数应为（11 000± 300）r/min。

5）正确使用检定/校准结果。正确使用检定/校准结果包括：①仪器设备经检定/校准后需确认是否符合要求方可使用；②正确使用修正因子。

6）测定顺序。实验室进行流变性测定时，必须按照从高速到低速进行，并且要等指针稳定时方能读数。对多数钻井液，特别是触变性较大的钻井液，按不同次序测定的结果是不重复的。

7）读数取值。黏度计的读数时，除准确读出分度值的数字(准确值)外，还要估读到分度值的下一位(估计值)。

8）常温老化设备。GB/T 5005-2010中规定常温老化设备温度应达到（25±1）℃，老化16h（实验室005、024无老化设备，032未见老化设备）。常温老化没必要用高温老化罐（即陈化釜）（实验室025、030和032）。若实验浆中加入氯化钠、氯化钾等盐类，长期养护会腐蚀陈化釜及搅拌浆杯内壁，倒入洁净干燥的玻璃广口瓶加盖即可。比对实验浆可以直接使用不锈钢搅拌浆杯加盖保鲜膜进行养护。

9）仪器检定。参加比对的实验室使用未经检定、校准及确认的仪器，出现上述情况，量值溯源得不到保证。检定/校准应关注仪器量程内常用点或段的准确性、稳定性。

10）在测定滤失量之前，应对滤网进行认真检查（筛网要检定）。滤网上面的任何砂粒或毛刺都可能将滤纸刺穿，使实验失败。

11）在倒入悬浮液之前，要保证滤失仪样品杯的部件洗净擦干，防止对样品造成污染，并且保证密封圈没有变形或磨损。

12）在使用量筒读取滤失量时应注意，测量的精确程度是由量筒的分度值和量程决定的。根据所要达到的精确度，选择分度值和量程都合适的量筒。测量时要尽量选择量程大于所测值的量筒，这样可避免多次测量的累加，提高测量精确度，但不是越大越好，即要选择合适量程的量筒。滤失量测量计时应遵循在给压的同时开始计时，不能等滤液滴下开始计时。

3 经验与建议

通过实验室间比对实验，能够对企业内部各实验室的技术能力进行一次全面、综合的考察，充分了解各实验室检测能力的现状，及时发现实验室存在的不足，通过实施纠正，使各实验室在影响检测结果的方面得以完善，确保检定结果一致性，提高实验室的检测水平。作为本次比对实验的主导实验室，现将其中的经验与建议列举如下：

1）本次比对实验只针对一种钻井液膨润土，统计分析结果只能分析出实验室间的系统误差，对于实验室内的随机误差无法给予评估，在后续的实验室比对实验中，只需要进行略有差异的分割样品就能得以评估。

2）作为主导实验室，在实施比对实验工作前，应制定详细的方案，以保证比对实验顺利开展，并以作业指导书的形式向参加实验室提供详细的信息，要求参加的实验室严格按照作业指导书中的条款进行实验操作，保证参加的实验室能够出具有效的实验数据。

3）在进行比对实验计划设计时，应杜绝存在窜改和伪造实验结果的机会。必要时，可以在检测之前告知参加实验室检测物品的目标范围，但在结果处理完成前，不应向其披露指定值。

4）主导实验室承担并负责检测样品的制备以及检测样品均匀性和稳定性的检验，任何与检测物品有关的、可能影响比对结果的条件在策划和设计中应予充分考虑。

5）在进行比对设计时需设定比对参数，各参比实验室在同一指定比对参数进行比对实验，以便更科学公正地评价实验室的校准测量能力。

6）整个实验测试过程进行跟踪录像，以保证测试结果的可追溯性。

7）主导实验室编写能力验证报告，报告的内容根据具体方案确定，应清晰、全面，包含所有实验室结果分布的数据，以及各参加者能力的说明。

[1]全国认证认可标准化委员会.合格评定能力验证的通用要求：GB/T 27043-2012[S].北京:中国标准出版社,2012.

[2]中国国家标准化委员会.钻井液材料规范：GB/T 5005-2010[S].北京:中国标准出版社,2010.

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

[4]中国合格评定国家认可委员会.能力验证样品均匀性和稳定性评价指南：CNAS GL03-2006[S].北京:[出版者不详], 2006.

[5]韩静.能力验证在实验室质量控制中的作用[J].水利技术监督,2009,17(2):8-9.

本文编辑：左学敏

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

宋鹤（1972-），男，硕士，目前从事油田化学剂产品质量监督检验工作。