致密油开发过程中通过压裂液携带支撑剂,实现储层缝网改造的目的,压裂液的性能直接影响储层的开发程度,其中滑溜水压裂液由于其低摩阻、高携砂、低伤害的性能特点,近年来得到推广应用。一般使用大分子聚丙烯酰胺作为滑溜水压裂液主要添加剂,聚丙烯酰胺的类型及结构特点影响了压裂液的性能。疏水缔合聚合物由于其独特的分子结构,赋予了溶液良好的黏弹性,作为滑溜水压裂液使用,具有低成本、低摩阻、高携砂的特点。常用疏水缔合聚合物受离子类型、疏水基团种类的影响,性能差异明显。阳离子疏水缔合聚合物缔合能力强,但其溶解能力差,很难满足压裂液快速溶解增稠的技术要求。阴离子疏水缔合聚合物溶解能力较好,缔合作用强,但对盐离子敏感,尤其二价盐离子,对水质要求较高,应用推广受限。两性疏水缔合聚合物缔合能力强,具有一定的耐盐性能,具备作为滑溜水压裂液应用的潜力,然而分子结构中疏水侧链类型的差异,导致此类聚合物缔合能力、耐盐性能与表面活性剂协同作用能力差别明显。因此,开发一种溶解增稠性能好、耐盐能力突出、溶液缔合作用强、并适用于致密油滑溜水压裂液的缔合聚合物具有重要的理论意义和实用价值。本论文首先进行不同疏水单体改性聚合物的制备,通过其分子结构及溶液性能的特点比较,筛选出目标功能性疏水单体的基础上,选择不同烷基长链疏水单体合成一系列长链烷基两性缔合聚合物,探讨长链烷基两性缔合聚合物结构及溶液性能递变规律的相关性,并研究疏水碳链结构配比变化,对目标产物性能的影响。同时,进一步合成了不同长短配比的多支链两性缔合聚合物,并研究其溶液性能,并通过其与表面活性剂的溶液自组装得到凝胶网络,并对自组装凝胶的网络形貌、流变性能以及降解后溶液润湿性进行考察,并对其润湿岩心表面的机理、自组装凝胶形成过程及机理进行了探讨。最后,进行了长链烷基疏水缔合聚合物的工业放大实验,同时将其用于滑溜水压裂液矿场试验,取得了较为理想的效果。论文主要研究内容由以下几部分组成:第一部分,疏水缔合聚合物分子合成、结构表征及溶液性能。通过疏水单体结构变化,制备含有不同疏水链结构缔合聚合物,并对产物分子结构及溶液性能对比,优选出长链烷基疏水单体作为疏水基团。系列缔合聚合物均为非晶结构,疏水链结构越复杂,聚合物大分子相互缠绕越紧密,热力学分解温度越高。随着EHMA、SMA、DOAAC疏水链长的增加,分子内部缔合作用增强,相态更加稳定。产物分子量受单体结构中刚性基团及疏水链长增加的影响,单体聚合竞聚率降低,共聚能力增强,分子量减小。EHMA-PAM、SMA-PAM、DOAAC-PAM 的 CAC 值分别为 0.8%、0.5%、0.4%。DOAAC-PAM为两性缔合聚合物,溶解速度快,在水溶液中增稠能力、缔合作用较强,在盐离子溶液中,黏度保持率高,耐盐性能好。经过长链烷基疏水改性的聚合物可用于滑溜水压裂液的制备。第二部分,长链烷基两性缔合聚合物SGP分子合成、结构表征及性能。通过调整长链烷基疏水单体碳链结构,制备系列长链烷基两性缔合聚合物SGP,并探究产物结构及溶液性能递变规律。产物DDAAC-PAM、DMAAC-PAM、DHAAC-PAM缔合作用较弱,为黏性体结构。DOAAC-PAM、DD22AAC-PAM缔合作用强,为弹性体结构。疏水链R值增加,大分子线性程度减弱,无规则缠绕程度增加,分子骨架变宽,形成强缔合结构,临界缔合胶束浓度降低,耐盐能力增强。疏水缔合聚合物经过疏水碳链配比调整,溶液表观黏度增大,临界缔合胶束浓度降低,产物降解后溶液表界面活性提高,润湿能力增强,岩心伤害率降低。第三部分,多支链两性缔合聚合物FGP的设计合成及溶液性能评价。考虑到产物的缔合性能,降解后溶液的表界面活性、润湿性等因素,利用优选出的疏水碳链结构,制备多支链两性缔合聚合物FGP。FGP结构中疏水链在主分子上排列方式发生变化,CAC值降低,分子链在水溶液中结构重组,疏水碳链排布发生变化,缔合动能增高,疏水微区密度增大。FGP溶液表观黏度增幅明显,耐温、耐剪切性能优良,触变性强,盐水中黏度保持率高。大分子降解成小分子结构类表面活性剂结构,溶液中小分子协同增效降低溶液表/界面张力,提高表界面活性。多支链两性缔合聚合物具备了强缔合作用、降解后高表面活性、优良的润湿性及低伤害的特点。第四部分,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)诱导疏水分子链自组装,自组装过程控制及自组装凝胶FSGP性能评价。优选出适用于多支链两性缔合聚合物FGP组装的表面活性剂CTAB,并用于自组装凝胶的制备,对自组装凝胶FSGP进行过程调控及组装机理研究。CTAB诱导疏水链分子组装,“疏水微区”结构消失,分子链间的拉力增强,形成“渔网”状结构,溶液自组装结构保持平衡,溶液中胶束聚集状态改变,均方回转半径Rg、流体力学半径Rh值先减小后增大。大分子链数目增多,CTAB胶束聚集数(N)增大。FSGP凝胶耐温性、抗剪切、触变性、黏弹性、耐盐性等性能提升明显。FSGP降解后溶液的润湿能力强,伤害率低,大分子断裂形成的小分子类表面活性剂结构与CTAB发挥协同增效作用。第五部分,自组装凝胶FSGP润湿机制构筑及润湿性能评价。对制备的自组装凝胶FSGP降解后溶液的表界面活性、润湿性、伤害性等分析,探究FSGP凝胶降解后溶液润湿作用,对降解后溶液微观结构、润湿机理进行研究。FSGP凝胶降解后形成“棒状”胶束,“渔网”状结构消失,组装点堆积,大分子断裂形成以疏水链为亲油基、阴离子基团为亲水基的类表面活性剂结构。降解后溶液毛细管润湿能力强,砂岩经过浸泡后,接触角值为146°,岩心表面电位值增大,形成电荷吸附,吸附后孔隙度缩小,孔隙尺寸降低。FSGP降解后溶液临界胶束浓度(CMC)低,表面张力(γLV)低,粘附力(γLVcosθ)、粘附功(WA)小,分子吸附阻力低,形成双分子层吸附。FSGP凝胶降解后,通过阴离子小分子表面活性剂与CTAB协同增效,改变溶液表/界面张力,促使小分子在介质中“自吸-吸附-剥离-吸附”,实现润湿性反转。第六部分,多支链两性缔合聚合物FGP的中试生产及致密油矿场试验。通过多支链两性缔合聚合物FGP工业化中试生产及矿场试验,优化FGP产物制备工艺,对制备的中试产物进行致密油矿场试验。中试产物FGP性能优良,可实现高携砂、充分造缝的效果,降低管线摩阻性能强。直井施工后试油初期产量6.3t/d,开始阶段试验井的产油量多,大约为10.5t/d,正常开采六个月后,原油产量增多,大约为12.64t/d,初步试验具有较好的增产效果。水平井初期投产产油量大约为27.6 t/d,综合含水率为51.8%。后期产量逐渐提升,产油量31 t/d,含水率31.2%。FGP具备了规模化工业生产及作为滑溜水压裂液添加剂的应用潜力。