固井气窜问题是影响固井质量的重要问题,而固井材料的选取对气窜是否发生有很大的影响,常规胶乳等有机类固井材料对地层敏感性大,使用条件有诸多限制,而二氧化硅等无机固井材料综合性能良好,有良好的使用前景。随着超深井的开发,伴随而来的高温防气窜问题,迫切需要研究纳米级二氧化硅防窜乳液。本文通过物理层面优选砂磨机机械解聚和化学层面优选纳米分散剂分子解聚等方式,并在乳液制备材料中引入白炭黑,获得了粒径300nm和粒径400nm两种适用条件的纳米级二氧化硅乳液。通过FITR、微流变和粒径分析等实验方法,对纳米硅乳液的分子结构、热稳定性和粒径分布进行表征分析,红外光谱分析表明乳液成分为二氧化硅,微流变测出乳液存放临界温度为120℃,可用于快速评价纳米硅乳液质量好坏,粒径测试分析表明乳液分散比较均匀,乳液颗粒粒径能够很好满足与水泥颗粒形成颗粒级配效果。利用对粒径的分级,粒径300nm和粒径400nm,形成分别适用于120℃和180℃两种温度条件的纳米硅水泥浆体系。实验评价了对应温度条件下,纳米硅水泥浆的基本性能和防气窜性能,并进行微观SEM电镜扫描分析。实验结果表明,纳米硅水泥浆基本性能良好,随着纳米硅乳液掺量的增加,API失水量明显下降到35m L内,SPN值明显减小到1以内,水泥石的渗透率降低效果达到90%,抗压强度28d保持不变,水泥石与壁面的胶结强度从0MPa提高到4MPa,静胶凝强度发展时间缩短到6min;15%纳米硅乳液加量以上时,水泥石各性能保持长期稳定。结合现场应用反馈研究,1%加量的络合剂DTPA和2%加量的PEG200能够有效解决水泥浆冷浆触变难题,1%-1.2%加量的DTPA能够有效解决纳米硅水泥浆与缓凝剂不配伍难题。在顺北1-9Φ139.7mm尾管固井和TK915-12HΦ177.8mm尾管固井现场应用表明,纳米硅水泥浆体系能够有效解决气窜问题,满足现场需求。