纳米材料球型二氧化硅凭借其独特的物理化学性质可以有效提高油田开发效率、节约施工成本、减少储层伤害，是油田化学工程中应用前景极好的新型材料。

纳米球型二氧化硅在油田开发各个环节中的应用：

纳米材料特指在材料的三维空间结构中至少有一维的尺度处于1～100nm，其极小的尺寸、极高的比表面积、极强的不饱和性，赋予了纳米材料诸多特有的性能：表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、力学性能效应等。现如今纳米材料在电工、生物、医药等领域已经得到了广泛应用，而在油田化学工程中，纳米材料的研究也正如火如荼地进行，主要涉及到包括纳米颗粒、纳米薄膜、纳米晶体、纳米纤维、纳米乳液等诸多不同形式的纳米材料。

1 纳米球型二氧化硅在钻完井施工中的应用：

纳米球型二氧化硅作为钻完井施工中的一种特殊添加剂，凭借其独特的性质与钻完井工作液体系相互作用，在减少液体滤失、增强钻井液造壁性、改善固井水泥环孔隙结构、提高施工质量等方面起到了极大的促进作用。

将纳米球型二氧化硅加入到钻井液中后发现钻井液的润滑性提高，施工摩阻显著降低。纳米球型二氧化硅制备的纳米润滑剂在降低摩阻的同时不会对钻井液流变性能产生负面影响。实验结果表明纳米球型二氧化硅微粉的添加使钻井液的塑性黏度下降50%，在钻井泥浆中添加0.5%Vol 的纳米球型二氧化硅后，钻井液的屈服值增加了230%以上。在低温低压条件下，钻井液的滤失体积会因纳米球型二氧化硅微粉的加入减少30%，但同时也发现在高温高压条件下，纳米颗粒的加入会降低钻井液性能。在固井水泥浆中添加了纳米球型二氧化硅，该纳米材料平均粒径为200nm，约为水泥颗粒粒径的1/100。他们发现向固井水泥浆中加入1%的纳米球型二氧化硅后，所形成水泥环的孔隙度和渗透率分别下降36%、99%，同时水泥浆的稠化时间由8 小时下降为1.58 小时，封堵抗压强度从1486psi 提高到3801psi。此外，纳米材料在钻井液加重剂、水泥浆高温防气窜、完善混凝土界面过渡区孔隙结构，形成高密度C-S-H 凝胶、改善水泥水化产物结构，提高水泥浆力学性能等方面也有卓越的表现。

综上，纳米球型二氧化硅的加入对钻井液的流变性、润滑性、泥饼造壁性、裂缝封堵性等性能有很大的改善，同时在降低水泥环孔渗，缩短水泥浆稠化时间，提高固井水泥环长期密封完整性等方面具有出乎意料的效果。除此之外，引入纳米球型二氧化硅可以减少钻完井施工过程中液体的滤失，不仅对储层环境友好，还降低了施工成本。这些实验成果说明了纳米材料是钻完井工程中极具应用前景的添加剂。目前我国非常重视对深部页岩气的开发，研制出能够有效封堵页岩储层中微-纳米裂缝的封堵剂、完善纳米钻完井液在地层环境中的工作机制等都是现如今极待解决的问题。

2 纳米材料在压裂增产过程中的应用：

现下低渗透储层及非常规油气已成为油气生产和发展的主力，为高效开发此类油气资源，压裂增产改造为不二之选，但由于非常规油气资源开发的特殊性，对压裂技术的要求也愈发严苛。在压裂施工中压裂液体系是决定压裂成败的关键。向压裂液体系中添加纳米球型二氧化硅微粉，通过纳米材料与聚合物间的交联、与表面活性剂间的协同作用、与胶束间形成可逆交联结构等方式来改善压裂液体系性能，可以较好地解决低渗透储层及非常规油气有效开发中排量大、泵压高的恶性循环难题。

纳米球型二氧化硅对聚合物基压裂液流变性的影响，发现在高压条件下纳米球型二氧化硅的加入可以减少由硼酸盐交联的瓜尔胶压裂液的黏度损失。在8000psi 条件下，向压裂液体系中加入纳米球型二氧化硅后，体系黏度分别增加了9 倍，携砂性能显著提升。实验结果表示添加了纳米球型二氧化硅的压裂液能够在高温高压条件下更好的完成支撑剂运输工作。通过将硼酸引入到含有-NH2 基团的活性纳米球型二氧化硅表面，制备出含有N-B 键的纳米交联剂，该交联剂有利于瓜尔胶凝胶形成网络结构，从而提高压裂液体系的耐温耐剪切性。这是因为纳米材料具备较强的活化能和较小的尺寸效应，能与瓜尔胶聚合物上的顺式羟基基团在氢键的作用下，形成附着能力极强的交联凝胶结构，以获得更高的交联效率。研究还发现在表面活性剂基泡沫压裂液中纳米材料的加入也能改善压裂液体系性能。通过使用Cryo-SEM、光学显微镜分析了在不同温度下纳米球型二氧化硅微粉稳定黏弹性表面活性剂泡沫的微观特性。发现纳米颗粒的加入能在体系中形成可逆交联结构，使胶束间的缠结更为复杂，导致压裂液体系的表观黏度增加、气泡液膜的机械稳定性得到改善。实验显示在70℃时，含3wt�PB（芥酸酰胺丙基甜菜碱） 1wt%纳米球型二氧化硅的混合体系的排水速率明显低于不含纳米颗粒的泡沫压裂液体系，同时还得到了纳米颗粒的加入能减缓泡沫中气体的扩散速率，进而减缓气泡粗化过程，获得更稳定的泡沫体系。

总的来说，纳米球型二氧化硅的引入能改善压裂液体系的流变性和悬砂性，形成更有质量的裂缝网络系统，增强压裂施工效果，