水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要措施。在压裂施工过程中,压裂液起着携带支撑剂、传递地面压力以及产生新生裂缝的作用。稠化剂是用于水基压裂液的主要添加剂,其性能的好坏将直接影响压裂的效果。随着油气开采深度增加,抗高温压裂液稠化剂的研制具有重要的研究意义和实际应用价值。本文以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、对苯乙烯磺酸钠(PS)、阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为原料,以过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合方法,合成一种四元共聚物作为抗高温压裂液稠化剂LK。通过单因素法确定最佳合成条件:单体摩尔比为 AM:AA:PS:DMDAAC=9:1:0.1:0.4,单体浓度为 25%,pH=5,反应温度为50℃,引发剂过硫酸铵加量为单体总质量的0.1%,反应时间为24h;所得聚合物特性粘数达到1047mL/g。用红外光谱仪、X射线衍射分析仪和热差分析对产物进行表征,实验结果表明所选用的单体进行了有效共聚,稠化剂LK结构符合设计的分子结构;稠化剂LK在300℃以内不会明显分解,可以在较高的温度范围内使用。研究了稠化剂LK溶液的基本性能和所配置压裂液的综合性能,结果表明稠化剂LK具有良好的溶解性、增稠能力和抗盐性;用有机锆交联剂SD交联,当交联比为100:0.5,pH为4时,交联粘度在950mPa·s以上,交联压裂液具有较好的挑挂性能。对稠化剂LK所配置压裂液体系的黏弹性、耐温耐剪切性能、悬砂性、破胶性以及滤失性能进行研究。实验结果表明该压裂液属于中等强度冻胶,具有良好的粘弹性;其耐温耐剪切能力达到180℃,剪切2h后粘度保留值大于114mPa·s;在90℃下石英砂的沉降速度为0.24mm/min,表明压裂液体系具有良好的耐温耐剪切能力、悬砂能力;压裂液破胶后表界面张力以及180℃下滤失性能均满足压裂施工要求。采用热差分析、TOC化学分析、SEM等手段,研究了压裂液的抗温和悬砂机理。实验结果表明:稠化剂高分子以抗温C-Cσ键为主链,以强的水化能力-SO3-为抗温功能基团,且-SO3-与主链碳原子直接相连,避免了其在高温环境中断裂和脱落,从而使稠化剂高分子具有较强的抗温性能;通过对基液和交联压裂液进行微观结构分析对比,表明交联剂通过化学键进行交联,使稠化剂分之间的交联点和交联强度大大增加,交联性结构明显,从而使压裂液具有良好的抗温性能。膜状结构阻止支撑剂下沉、褶皱结构形成喉道阻止支撑剂下沉、丝状网络结构降低支撑剂下沉速度、电荷吸引作用降低支撑剂下沉速度是使压裂液具有较强携砂能力的主要因素。综上所述,稠化剂LK具有良好的增稠能力和抗盐性能,与有机锆交联剂交联形成的压裂液体系抗温能力强,综合性能良好,有较好的实际应用前景。