水力压裂技术对储层增产开发的重要性日益凸显,稠化剂及交联剂是压裂液中最重要的组成部分,直接决定了压裂液的性能。水基压裂液是依靠水溶性高分子的分子链展开而相互缠绕建立起一定的黏度,并且与交联剂作用形成交联冻胶。对于最常用的传统瓜尔胶稠化剂来说,虽具有一定的水溶性,但不能快速分散,不能满足现场现配现用的要求。为满足压裂液对支撑剂悬浮和携带及有利于造缝的需求,压裂液必须有必要的黏度。一般瓜尔胶稠化剂通过与交联剂的化学交联形成网状结构,但是这种单一的交联网状结构一旦受到外界因素影响,没有其他交联作用弥补,导致压裂液黏度下降较快。常规方法就是增加用量来保持其黏度,这样不仅导致成本增加,而且会使伤害性也增大。常规交联剂的分子尺寸与瓜尔胶分子链相比差异巨大,这就导致交联剂易被瓜尔胶稠化剂裹挟形成内交联,导致交联效率不高。因此,本文针对压裂液稠化剂及交联剂存在的问题,从分子结构出发,分别对瓜尔胶稠化剂及交联剂进行设计,在瓜尔胶分子链中增加动态物理交联及静电桥作用,并增大了交联剂的交联效率,提出易分散,低用量,高性能的瓜尔胶压裂液体系,对我国压裂液技术发展及相关应用领域都有积极的推动作用。本文通过分子模拟及室内实验研究,取得了以下几方面的成果及认识:（1）从分子构成及结构上模拟了瓜尔胶单体衍生物的分子行为。通过对大分子聚合物溶解机理研究,利用分子模拟方法模拟了不同瓜尔胶单体衍生物在溶胀、溶解时的分子扩散行为,不同小分子酸酐化合物引入瓜尔胶单体的扩散行为。并且通过不同影响因素对于衍生物的分子动力学进行模拟,研究了不同结构、不同温度以及不同取代数量情况对衍生物的分子运动行为的影响。对瓜尔胶单体衍生物的分子模拟研究为进一步实验研究提供了理论支撑及指导作用。（2）结合模拟结果将马来酸酐引入瓜尔胶主链,制备出了一种MAG阴离子瓜尔胶衍生物,并通过室内实验的方法研究并对比了马来酸酐的引入对瓜尔胶主链的影响。MAG成本低廉、易制备,有利于大规模生产,其溶解性、起黏效率、溶胀率大幅增加,MAG有助于即配即用的连续混配工艺的应用,从而可以为缓解工作液浪费、性能变质、环境污染,以及缩短工期提供技术支持。（3）从分子结构出发,在前文MAG的基础上又全新设计、合成了两性疏水瓜尔胶衍生物MANG。在MAG瓜尔胶的基础上继续引入阳离子基团及疏水长链,制备出了一种两性疏水改性瓜尔胶衍生物MANG。新型功能基团的引入赋予了 MANG分子链之间更多的相互作用:其疏水长链赋予了瓜尔胶动态物理交联结构,糖分子上的顺势邻位羟基与硼酸跟离子交联时会形成化学交联结构,主链上阴阳离子之间的静电桥作用。在多重作用的保护下,MANG交联冻胶能够形成更加致密的网络结构,使其在高温,高剪切,高盐的条件下能够保持较高黏度。（4）从分子尺度上对交联剂的交联机理及特点进行了研究,并制备出了一种有机氮硼复合交联剂ABC-1,提高了交联剂的交联效率。ABC-1有机氮硼交联剂交联骨架更大,更易与瓜尔胶主链形成密集的网络结构。并通过流变实验说明,相较于常规有机硼交联剂,B-N共价键的引入不仅有利于提高交联冻胶的耐温性,而且可以使稠化剂在更低的浓度下保持较高的黏度,这对低用量耐高温压裂液的研究具有重要意义。（5）形成一种低用量,耐高温的MANG压裂液体系。结合ABC-1有机氮硼交联剂与MANG瓜尔胶衍生物,通过筛选其它添加剂,最终配制成一种低用量耐高温型MANG型压裂液体系,并对其进行性能评价。实验结果显示MANG压裂液体系体现了优异的携砂性、破胶性以及较低的伤害性,并且在高温时,MANG压裂液体系以较低的用量即可保持良好的流变性能。本文对瓜尔胶的研究步步深入,结合分子模拟及实验等方法,分别在瓜尔胶分子链中引入了阴离子、阳离子及疏水长链,为其它天然高分子植物胶改性研究提供了重要的理论依据及技术支撑。此外,对B-N共价键引入交联剂的性能研究,特别是与稠化剂形成冻胶时的流变特性,为高效交联剂的进一步研究提供了重要的指导意义。本文基于当前压裂增产工作液出现的问题和不足,聚焦改性瓜尔胶和新型交联剂的研制与应用,为油田高效开发提供有力的实验支撑和理论基础。