随着常规油气资源的不断勘探开发,常规油气资源的油气储量日益减少,越来越难以满足不断增长的油气需求。非常规油气,特别是页岩油气已经逐步成为油气勘探开发的主战场,但是其孔喉致密、储层埋藏深、地层压力大等特点对非常规油气井“高效、安全、环保、经济”的钻井目标提出了新的挑战。因此,对非常规油气井中不可或缺的钻井液性能也提出了越来越高的要求。本文分别从改变表面化学能角度合成了一种适用于水基钻井液的超疏水纳米流体,一种适用于油基钻井液用的超双疏纳米流体,以及从改变表面物理结构的角度合成了一种具有特殊“珍珠链”结构的双疏纳米流体。这三种纳米流体均可以提高岩石表面自清洁特性,其中超疏水纳米流体能够增强水基钻井液的抑制性能,超双疏纳米流体可以增强油基钻井液的乳液稳定性和井壁稳定性,双疏纳米流体能够提高水基钻井液的切力和润滑性能。最后并对三种纳米流体的作用机理进行分析。本文通过仿荷叶表面自清洁性能,利用溶胶凝胶法一步合成了无氟超疏水纳米流体。其能够使岩石表面润湿性反转为超疏水润湿,且润湿性能不受温度、盐溶液、以及p H=5-11溶液的影响,提高了岩石表面自清洁特性,反转了毛细管在水相中的毛细管力,但不耐摩擦。通过抑制性能评价表明,超疏水纳米流体具有良好的抑制性能,同时在水基钻井液中能够起到降粘、降滤失的效果,且其效果优于相同浓度的传统抑制剂,如氯化钾和聚醚胺。为了进一步增强岩心表面疏油性能,本文通过纳米二氧化硅表面接枝含氟官能团合成了超双疏纳米流体。使岩石表面油相接触角大于150°,实现表面超双疏润湿,进一步提高表面自清洁特性,并且能同时反转毛细管在水相和油相中的毛细管力,降低自然渗吸含量,保证岩石不受液相侵蚀而强度降低,从而起到稳定井壁的作用。同时超双疏纳米流体能够降低油水界面张力,保持油水乳液稳定。通过超双疏纳米流体在油基钻井液中性能评价可知,超双疏纳米流体能够提高体系破乳电压,降低高温高压滤失量。通过仿自然界表面特殊纳微米多级物理结构,将纳米级直径的纳米二氧化硅和微米级长度的多壁碳纳米管混合并接枝少量含氟官能团合成了双疏纳米流体。首次提出“珍珠链”状结构能够有效增大岩石表面粗糙度,使岩石表面润湿性反转为双疏润湿,提高岩石表面自清洁特性。同时双疏纳米流体能够提高水基钻井液体系的切力和润滑性能。现场应用证明,以双疏纳米流体为核心形成的高性能水基钻井液大大减少了井下复杂情况的发生。