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钻井过程中,维持井壁稳定是钻井最为关键的环节之一。钻井过程中70%的井壁失稳都与页岩失稳有关。页岩地层具有低渗透、微孔、微裂缝的特点,传统的钻井液的封堵剂尺寸对页岩纳米级微孔、微裂缝起不到良好的封堵效果。纳米材料的广泛应用,为解决当前页岩纳米级微孔、微裂缝封堵技术难题提供了可能。纳米材料又称为超细颗粒材料,一般是指尺寸在1-100nm之间的粒子。纳米材料因其在尺寸、表面活性等方面独特的纳米效应,为其在钻井液中的应用提供了优势。众多研究表明在钻井液中加入微纳米材料有可能对页岩微孔、裂缝实现有效封堵,维护井壁稳定。但纳米材料表面硅羟基极易缩合,引起颗粒间聚集、团聚,失去纳米级粒径,影响其在钻井液中的应用。因此,研究纳米材料在钻井液中的分散技术以及纳米材料对微裂缝的有效封堵性能具有较强的实际价值和理论意义。本文针对页岩微裂缝封堵问题,将纳米二氧化硅应用到水基钻井液中,实现对页岩微裂缝的有效封堵;并通过纳米二氧化硅的表面改性解决纳米材料在应用中存在的分散性问题。通过硅烷偶联剂和润湿反转剂十二烷基硫酸钠（SDS）复合改性法对纳米二氧化硅进行改性。通过红外光谱、透射电镜、纳米激光粒度仪等现代实验方法对改性纳米二氧化硅进行评价和表征。傅立叶红外光谱显示改性后纳米二氧化硅的表面Si-OH的吸收峰明显减弱,SiO2的表面羟基已经参与反应;透射电镜（TEM）实验对改性前后纳米二氧化硅在水溶液中的形态及分散状况进行评价,实验表明改性后纳米二氧化硅在水溶液中呈球形,粒径分布较均一,在水中分散性良好,且粒径均小于100 nm。进一步通过纳米激光粒度仪分析评价了改性纳米二氧化硅材料在水相和钻井液膨润土基浆中的分散性能,实验结果显示改性后纳米二氧化硅材料在水相和钻井液膨润土基浆中粒径分布分别在30-120 nm和40-120 nm。实验表明,纳米二氧化硅表面硅烷偶联剂合润湿反转剂十二烷基硫酸钠（SDS）复合改性有效地改善了纳米二氧化硅在水相中的分散性。对改性纳米二氧化硅在钻井液基浆中的封堵性、降滤失性、抑制性、润滑性以及抗高温性能进行了评价,实验表明改性纳米二氧化硅不仅能改善钻井液基浆的抑制性和润滑性,而且能够较好的改善钻井液基浆的降滤性能。论文分别用高温高压纳米滤膜实验和人造泥饼实验模拟地层微裂缝,评价改性纳米二氧化硅对微裂缝地层的封堵效果。高温高压纳米滤膜滤失量降低率23.07%;人造泥饼实验显示加入改性纳米二氧化硅钻井液前后人造泥饼渗透率降低85.4%。实验证明改性纳米二氧化硅能够实现对页岩微裂缝的有效封堵。通过对增粘剂、降滤失剂、抑制剂等处理剂的优选,确定了钻井液配方:4%膨润土浆+0.4%PAM+0.4%FA367+2%WGF-1+2%SPNH+1%MCH+2%SLR-2+2%MNP。该钻井液体系具有较好的抑制性能和抗温性能。可抗温140℃,具有一定的抗无机盐污染的能力,抗8%NaCl、2%CaCl2和0.5%MgCl2。