目前,我国聚丙烯酰胺的产量逐年提高,超过60%聚丙烯酰胺用于石油和天然气的开发。根据对长庆现有压裂液体系的评价和长庆神木气田地质及现场应用施工条件。本文提出将反相乳液合成聚合物作为压裂液并将返排液回收再利用的思路,一方面减少了压裂对河水、地下水的使用量,降低了压裂液用水的成本;另一方面减少了整个采油系统的污水。以丙烯酰胺(AM),丙烯酸(AA),2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为聚合单体,引入耐盐型功能单体。采用反相乳液聚合,以高分子化学聚合为基础,通过分子结构设计,合成乳液型聚合物,遇水后能够快速水合破乳、溶解、增稠。研究获得以下结论:1)通过功能单体优选,S-18与乳液配伍性良好,可作为耐盐性功能单体。优化了乳化体系,确定了烷醇酰胺油酸醇M83VG为主要乳化剂配方。在此基础上,对乳化剂用量,单体摩尔比、聚合单体摩尔数、引发剂体系及用量、反应温度、反应时间进行了优化,得到了最终实验室配方为:乳化剂占总质量分数3.2%,水解度为40%,聚合单体的质量分数为33%,反应温度控制在42-45℃。引发剂占总质量的0.03%,最佳反应时间为4h。对其进行中试放大生产试验,产品特性指标达到甚至超过实验室样品,说明中试重现性良好,同时由于乳液聚合无三废排放,也满足安全环保要求,说明该配方适合工业化生产。2)对产物核磁红外检测分析,磺酸基团显示出自己的特有峰值和相邻氢的化学位移,功能单体S-18接枝到了聚合物分子链上,与所预期分子结构一致;乳液聚合物XRD测试结果表明聚合物为非晶态结构,使得其在水中具有较高的溶解度,通过SEM观察聚合物的微观状态,在水溶液空间内形成致密的三维空间网,分子链之间相互缠绕紧密,使PEM聚合物具有良好的耐温耐剪切性。3)通过室内实验发现该乳液体系性能良好,溶解时间短,可快速水合增稠,携砂液粘度为87mPa·s,携砂性能良好,减阻率在60%以上,与助排剂配伍性良好;降解后,粘度小于5mPa·s,对破胶液进行剪切,无泡沫。4)在神木气田的双C22井进行现场应用试验,该产品可满足连续混配工艺技术要求;利用该井返排液对本井配液施工,砂比为25%,施工平稳。返排率达到50%以上,返排无泡沫,并且点火成功。