近年来,随着油气资源的不断开采以及勘探技术的进步,越来越多的非常规储层被开发。该类储层进行水力压裂时,对常规的瓜尔胶压裂液提出了更高的要求,但是由于瓜尔胶分子链结构的限制,直接提升其性能比较困难。所以,有必要采用新的途径提高瓜尔胶压裂液的性能。论文在广泛调研国内外提高压裂液耐温耐剪切性能措施的基础上,借鉴纳米材料增强水凝胶、表面活性剂压裂液性能的机理,将纳米材料加入到羧甲基瓜尔胶压裂液中,通过纳米杂化这种新方法来提高压裂液的流变性能和力学性能。研究首先针对零维的纳米二氧化硅、一维的多壁碳纳米管和二维的石墨粉表面进行改性,以增强纳米材料与瓜尔胶溶液的混溶能力。红外光谱结果显示纳米材料表面接入了大量的亲水性基团。改性后的纳米材料与羧甲基瓜尔胶压裂液通过机械共混和超声振荡可得到外观均匀分散的纳米杂化羧甲基瓜尔胶压裂液。通过比较杂化后的黏度值,对三种纳米杂化压裂液体系的交联比和纳米材料浓度进行优化,并分别利用Haake Mars Ⅲ型流变仪、FR-108C型伺服拉力试验机测试了最佳交联比、最佳纳米材料浓度下的三种纳米杂化压裂液体系以及空白压裂液体系的流变性能和力学性能。从测试结果可以看到,加入纳米材料后,表观黏度、耐受温度、弹性模量和抗拉强度都相对于空白压裂液提高了,这说明纳米材料的加入确实能提高压裂液的性能;但不同的纳米材料对压裂液性能的提高程度不一样,纳米SiO2杂化压裂液的各个性能参数值均最大,常温下其表观黏度值提高约90mPa·s,耐受温度提高20℃。利用SEM和TEM进行微观分析可知,这是因为不同纳米材料在羧甲基瓜尔胶压裂液网络结构中的作用形式不同:纳米SiO2在瓜尔胶压裂液网络结构中起核点和骨架的作用,MWNTs-OH与瓜尔胶压裂液分子链相互缠绕,GO通过插层的方法进入瓜尔胶压裂液网络中。纳米SiO2与瓜尔胶的相互作用最强,对瓜尔胶压裂液性能提高最显著。最优体系纳米SiO2杂化瓜尔胶压裂液携砂性能和破胶性能满足现场施工要求,并且使用岩心驱替装置和导流仪研究了纳米杂化压裂液的伤害程度,发现对天然岩心渗透率和支撑剂充填层导流能力的伤害都明显小于空白压裂液,这说明纳米SiO2加入压裂液中能降低压裂液对储层的伤害,满足非常规储层开发过程中的低伤害要求。将纳米材料加入到羧甲基瓜尔胶压裂液中获得杂化压裂液,提高了压裂液的流变性能和力学性能,这为研制新型耐温抗剪切压裂液提供了一种新的方法。