温度与磁响应型粘弹性表面活性剂压裂液的制备及性能研究

针对非常规油气储层改造中传统压裂液易残留损伤储层的问题，研究人员通过将Fe3O4@ZnO纳米复合材料（MNC）与混合表面活性剂（OTAC/RBS-16）结合，开发了兼具温度与磁响应特性的粘弹性表面活性剂压裂液（TMFF）。研究发现，MNC通过自组装形成"纳米颗粒-胶束网络"结构，显著提升了体系的剪切恢复性（90°C下粘度保持57 mPa·s）、磁流变效应（磁场中石英砂沉降速率降低56%）及破胶性能（MNC回收率>97%），为智能压裂液工程应用提供新思路。

　　

随着全球化石燃料的快速消耗，非常规油气资源开发成为能源领域的重要方向。然而，这类储层普遍存在低孔低渗特性，传统聚合物压裂液易因残留物堵塞孔隙造成储层损伤。粘弹性表面活性剂（VES）压裂液虽具有分子量小、易返排等优势，但其三维胶束网络结构在高温强剪切条件下易被破坏。如何赋予VES压裂液环境响应特性以适配复杂储层条件，成为亟待解决的科学问题。

中国石油大学的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表研究，创新性地将具有温度/磁双响应的Fe₃O₄@ZnO纳米复合材料（MNC）引入由长链季铵盐（OTAC）和磺基甜菜碱（RBS-16）构成的混合VES体系，开发出智能压裂液TMFF。通过冷冻透射电镜（cryo-TEM）观测发现，纯表面活性剂体系形成100-400 nm囊泡状胶束，而添加MNC后通过氢键、静电作用等形成"纳米颗粒-胶束网络"结构。流变学测试表明，该网络使TMFF在90°C/170 s^-1条件下粘度保持57 mPa·s，且温度升高时胶束可转变为符合Maxwell流变行为的蠕虫状结构。磁场实验显示，0.2 T场强下石英砂沉降速率降至0.11×10^-3 m·s^-1（降幅56%），破胶后MNC回收率超97%。

关键技术包括：1）通过共沉淀法制备核壳结构MNC；2）利用cryo-TEM解析胶束形貌演变；3）采用旋转流变仪测定温度/磁场耦合条件下的流变特性；4）设计静态悬砂实验评价携砂性能。

【MNC-surfactant micelle structure】部分揭示：OTAC与RBS-16混合后因疏水链穿插形成非典型囊泡结构，MNC的加入通过ZnO高温释电特性中和胶束表面电荷，Fe₃O₄则作为网络节点增强结构稳定性。【Conclusions】指出：MNC-micelle网络赋予体系温度诱导的粘度恢复能力与显著磁流变效应，磁场不仅能调控携砂性能，还可促进MNC回收再利用。

该研究首次实现压裂液对温度/磁场的双重响应，其创新性体现在：1）阐明MNC通过伪交联效应稳定胶束网络的机制；2）提出磁场强化携砂与破胶的新方法；3）为智能压裂液设计提供可回收纳米材料解决方案。研究成果对非常规油气储层高效开发具有重要工程价值，其中磁场控制技术可通过井下电磁线圈实现工业化应用。