泡沫压裂液以良好的抗剪切性能、较强的携砂能力、低滤失、低伤害以及快速返排等特点被认为是功能最全面的储层改造流体。但传统的泡沫压裂液体系依然是建立在以交联技术为特点的水基胍胶压裂液基础之上,交联技术存在的弊端在泡沫压裂液上依然存在。现有交联技术通过改变pH值来改变交联时间和抗温能力,pH值的增加将会对碱敏性储层造成伤害,对于本身呈酸性的二氧化碳泡沫压裂液体系,不得不寻求新的稠化剂和交联剂,使得问题越来越复杂。交联技术还会带来更多的水不溶物,影响增产效果。同时还存在施工摩阻难以减小、抗剪切性能难以提高、抗温能力难以进一步突破等一系列问题。近年来随着以黏弹性表面活性剂压裂液为代表的一系列新型非交联压裂液的出现,非交联技术已经逐渐成为压裂液技术发展的一个重要方向。本文围绕传统胍胶泡沫压裂液存在的问题和压裂液技术发展的方向展开研究,通过理论研究、室内试验和现场应用取得了以下主要成果和认识：(1)运用超分子化学与超分子结构溶液理论与实践,采用微观和宏观研究相结合的方法和技术手段,通过对一系列不同疏水基含量、不同水解度的缔合聚合物的研究,建立了缔合聚合物分子结构与聚合物溶液黏弹性之间,溶液黏弹性和泡沫稳定性之间的相互作用关系。确定了适用于泡沫压裂液使用的缔合聚合物的最佳分子结构。(2)使用环境扫描电镜、荧光探针法、电导率等方法证实了缔合聚合物溶液的空间网络结构、聚合物溶液在气液界面的富集等作用对泡沫的稳定性具有非常积极的作用。(3)通过对聚合物溶液的流变性研究发现,由于缔合聚合物特殊的分子结构,使其聚合物溶液具有剪切增稠和剪切稀释两种特殊的剪切诱导流变行为。当剪切速率较小时,随着剪切速率的增加,聚合物溶液黏度急剧上升。当剪切速率超过一定值后,随着剪切速率的增加,溶液黏度又急剧下降。这种特殊的流变行为既有利于泡沫的生成,又有利于泡沫的稳定。缔合聚合物溶液的缔合网络结构使其不需要交联就具有了形成泡沫压裂液所需的流变特性。(4)通过对泡沫压裂液的流变性研究发现,泡沫柏拉图通道结构的儿何拓扑变化赋予了泡沫新的黏弹特性。缔合聚合物溶液形成泡沫后,泡沫的储能模量增加了3倍,远大于基液或气体的单一相的弹性,弹性的大大增强也就意味更强的携砂能力。(5)通过对单剂的筛选和泡沫压裂液综合性能的室内评价,形成了缔合聚合物泡沫压裂液体系。该体系具有增黏性能好、携砂能力强、对岩心基质渗透率伤害低的特点。在基于实验和理论研究结果的基础上,突破传统对水基压裂液交联技术的认识,采用分子间缔合技术手段来获得了具有我们所需要功能的非交联缔合结构泡沫压裂液体系。(6)研制了流动回路摩阻测试装置,通过该装置的评价表明,缔合聚合物泡沫压裂液体系还具有摩阻低,抗剪切性能良好的特点。与化学交联相比,缔合作用表现出了特有的降阻优势,为解决泡沫压裂液摩阻难以降低的重大技术难题提供了一种有效的方法。室内试验证实了缔合聚合物泡沫压裂液的设想是完全正确和可行的。(7)利用该泡沫压裂液体系,成功进行了两井次的试验性施工。这是缔合聚合物泡沫压裂液体系在国内页岩气开发上的首次应用。现场施工表明缔合聚合物泡沫压裂液性能优良,完全能够满足该类地层的压裂要求,该体系对页岩地层伤害小,措施见效快,施工结束后总计排液80m3后即产气,3mm油嘴放喷点火,压力在11MPa以上,无阻流量达到10×104m3/d,增产效果明显。本文通过理论、室内研究和现场应用证明了缔合聚合物泡沫压裂液体系原理正确性和技术的可行性,为丰富我国泡沫压裂液种类、拓宽缔合聚合物的应用范围、提高低渗透油气田的高效开发水平提供了必要的理论基础和实验依据。