在低渗透油气藏压裂改造中,表面活性剂自组装形成的清洁压裂液具有易返排、低污染等优点,已成为当前压裂液领域的研究热点。为适应我国油藏开采实际需求,设计研发耐温耐剪切、使用浓度低、经济价值高的清洁压裂液是该领域今后发展的主题。然而目前清洁压裂液的设计和研发是建立在大量实验探索基础上,存在周期长、成本高的问题,因此设计和研发新型高效清洁压裂液迫切需要理论指导。本论文采用分子模拟和实验相结合的方法,以季铵盐双子表面活性剂为研究对象,研究双子表面活性剂联接基团长度与自组装形貌的构效关系、有机盐对蠕虫状胶束结构的调控机理,揭示双子表面活性剂自组装增粘机理,并基于上述研究初步探索表面活性剂自组装体系粘弹性能的理论评价方法。本研究工作将对新型清洁压裂液增粘剂的设计和研发提供重要的理论指导,具体研究成果如下:表面活性剂的分子结构在很大程度上决定了其组装形貌,进而影响体系的粘弹性能,本文采用粗粒化分子动力学模拟的方法研究了季铵盐双子表面活性剂联接基团长度对自组装形貌的影响。通过详细刻画不同自组装形貌的形成过程,分析不同自组装形貌的形成驱动力,明确了联接基团长度对双子表面活性剂聚集形貌的影响机理,并提出了一种预测表面活性剂自组装形貌的方法。有机盐对表面活性剂自组装体系的粘弹性具有很重要的影响,本文采用实验和模拟相结合的方法,研究了有机盐对双子表面活性剂体系流变性能的影响,并以单链表面活性剂体系作为对比。研究发现随着有机盐浓度的增加,体系中胶束的融合自由能及支化胶束形成自由能均逐步降低,表面活性剂组装形貌发生了球-蠕虫-支化-网的转变,体系的零剪切粘度呈现先增加后降低再增加的变化规律。与单链表面活性剂相比,双子表面活性剂构筑的蠕虫状胶束在非轴向拉伸过程中分离能更高,更难断裂,因此形成的蠕虫状胶束平均长度更长,体系零剪切粘度更大。基于上述机理的研究,提出了一种理论预测蠕虫状胶束长度和支化蠕虫胶束形成的方法。蠕虫状胶束体系形成支化结构后将会大大降低体系的粘度,本文利用粗粒化分子动力学模拟的方法研究了支化胶束的形成过程和形成机理。通过构建表面活性剂、有机盐在不同浓度下的自组装相图,发现支化胶束的形成需要更低的表面Zeta电位。支化胶束的形成经历四个阶段:蠕虫状胶束的相互靠近、“盐桥”结构的形成、茎结构的形成、支化胶束的形成。分析发现“盐桥”的产生是支化胶束形成的一个关键。由此,提出了一种降低支化胶束形成概率的方法:通过增加有机盐在胶束表面的吸附强度抑制“盐桥”的形成,从而降低支化胶束的形成概率。利用上述提出的预测表面活性剂自组装形貌、蠕虫状胶束长度及支化蠕虫状胶束形成的方法,预测了阳离子表面活性剂辛烷三甲基溴化铵与阴离子表面活性剂2-(N-芥酰-N-甲基胺基)乙酸盐在不同复配比例下零剪切粘度的变化规律,通过实验研究验证了理论预测结果。进一步通过模拟揭示了体系零剪切粘度随复配比例变化的原因,发现了阳离子表面活性剂在自组装过程中的双重作用。