非常规油气藏的开发已成为全球低碳经济发展的新趋势,水平井体积压裂勘探与开发不断突破技术和成本瓶颈促进了此类油气藏的开采。然而水力压裂消耗大量水资源且返排液对储层的伤害和对环境的污染已经成为迫在眉睫的问题,清洁压裂修复循环利用成为目前解决好此类问题最具潜力的方式之一。本文通过双分子亲核取代反应（SN₂）和酯化反应分别合成了三类具有CO₂响应性能的表面活性剂分子,通过正交实验等方法优化了反应条件,建立了简易、廉价的清洁压裂液用CO₂响应分子（长链叔胺和酰胺类两亲分子）的合成方法和合成路线。系统评价并揭示了羟基的增加和碳链的影响,羟基的增加和碳链的增长可以提高分子溶液黏度;通过组成和浓度优化构筑了CO₂响应清洁压裂液体系,系统评价了该响应体系压裂性能和循环利用特性。分子动力学模拟揭示了CO₂响应清洁压裂液体系囊泡和蠕虫状聚集体的形成及转变机理,探讨了分子聚集体的转变动力学。最后结合压裂施工的实际条件,建立CO₂压力及体积对清洁压裂液体系的控制机制,为现场应用提供指导。优选出具有良好响应性、增黏性和水溶性CO₂响应表面活性剂分子C₂₂ZEA作为CO₂响应清洁压裂液主剂。3 wt%C₂₂ZEA+0.5 wt%NaSal压裂体系评价结果表明该清洁压裂液时具有优异的黏弹性、破胶性、携砂性和低岩心伤害性。导电性、电位稳定性、粒径稳定性、稳态剪切和动态黏弹性的研究展现了体系良好的响应可逆性,即该压裂体系在通入CO₂和CH₄/N₂条件下可以实现循环利用。分子动力学模拟研究提示了C₂₂ZEA清洁压裂液体系的CO₂响应性成胶破胶机理:C₂₂ZEA溶液通入CO₂会形成质子化的C₂₂ZEA-H⁺分子结构,其在溶液中易自组装形成蠕虫状聚集体,蠕虫状胶束相互缠绕形成三维网络状结构,宏观表现为黏度增加;而通入CH₄/N₂又会恢复非质子化的C₂₂ZEA分子结构,其在溶液中易自组装形成具有双壁的囊泡聚集体,宏观表现为牛顿型流体,这与体系黏弹性实验结果一致。超临界相平衡反应装置测试结果表明该响应压裂液体系黏度随CO₂压力的增加而增加,在1%⁵0%（v/v）CO₂含量体系均具有良好的压裂性能,而当CO₂与C₂₂ZEA溶液体积比为3:1时具有最佳的黏度和良好的压裂性能。