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随着纳米材料与纳米技术的不断发展,纳米材料在油气开采领域中的应用研究得到广泛关注。如在纳米驱油、纳米封堵、水基钻井液用纳米润滑剂以及压裂液用纳米增效剂等方面均具有巨大的应用前景。但目前纳米材料还未能在油气开采领域达到真正的应用。原因是由于纳米材料的表面效应,纳米颗粒极易发生团聚,特别是在油气田的复杂环境中。纳米材料在该领域的应用,大多数是将其加入水基工作液中来实现,但水基工作液通常面临着高盐、高温以及不同pH复杂的地层环境,这些因素均会导致纳米颗粒发生严重的团聚絮凝,使纳米材料失去纳米正效应,从而限制了纳米材料在油气开采领域中的实际应用。因此,实现纳米材料在油气开采领域的应用前提是需保证纳米材料在体系中的稳定分散。研究表明在影响纳米材料分散的因素中,影响最大的是电解质,电解质加入即会压缩纳米材料表面的双电层,使纳米材料在水中的静电排斥作用减弱,使纳米材料不能稳定分散在水中。因此解决纳米材料在电解质及高浓度电解质中的稳定分散是实现纳米材料在该领域应用的首要问题。本论文通过对纳米材料进行表面改性,在纳米材料表面引入阴离子聚合物,利用阴离子聚合物的高电荷密度所提供的静电排斥作用及聚合物链的空间排斥作用,来提高纳米材料在高浓度电解质溶液中的稳定分散性。采用了两种方法在纳米材料表面接枝阴离子聚合物,一种是通过自由基聚合将阴离子聚合物包覆在纳米材料（多壁碳纳米管）表面,另一种则是通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）方法在纳米材料表面接枝阴离子型聚电解质刷。首次采用表面引发原子转移自由基聚合SI-ATRP聚合方法在纳米表面接枝阴离子聚合物刷,以提高纳米材料在盐水中的稳定分散性。实现了对不同维度纳米材料（纳米二氧化硅、多壁碳纳米管、氧化石墨烯）的表面改性,在纳米二氧化硅、多壁碳纳米管以及氧化石墨烯表面成功引入阴离子聚合物（聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐）。并对改性后纳米材料的结构/形态进行了表征,研究了其在盐水中的分散性能,以及在高温、碱性条件下的稳定分散情况。主要研究内容如下:（1）首先采用自由基聚合法在多壁碳纳米管表面（MWCNTs）共价包覆了阴离子聚合物聚苯乙烯磺酸钠（PSS）。并采用红外（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、热失重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）对改性多壁碳纳米管（PSS/MWCNTs）的结构和形貌进行分析,并采用凝胶渗透色谱测得多壁碳纳米管表面所包覆的聚合物的分子量大小及分布。并进一步采用表面电位分析及粒径分析评价PSS/MWCNTs在盐水中的分散情况。结果表明,PSS/MWCNTs能在15 wt%氯化钠及API盐水中稳定分散长达30天。但不能满足在更高电解质浓度中的稳定分散。（2）采用表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）,在不同纳米材料（纳米二氧化硅、多壁碳纳米管、氧化石墨烯）表面成功引入了阴离子聚电解质（聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐）。首先将三种不同纳米材料进行表面修饰,采用红外（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、热失重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）对改性纳米材料的结构、微观形貌以及在水中的分散情况进行分析,并采用凝胶渗透色谱分析三种纳米材料表面所接枝的阴离子聚合物链的分子量大小及分布。结果表明,采用该方法获得的改性纳米材料均能在饱和盐水及API盐水中稳定分散。其中SiO2-g-SPMA能够稳定分散长达30天,MWCNTs-g-SPMA-2能稳定分散长达60天,GO-g-SPMA能稳定分散长达10天,GO-g-SPMA在稳定30天发生部分沉降。（3）结合表面电位分析及粒度分析,研究了三种改性纳米材料在弱碱性条件下（pH 8～11）及高温下的稳定分散情况。结果表明,改性得到的SiO2-g-SPMA、MWCNTs-g-SPMA-2、GO-g-SPMA三种材料均能在弱碱性（pH 8～11）范围内的稳定分散。并且三种纳米材料的饱和盐水分散液均能在170℃高温下稳定分散长达24 h,在API盐水中稳定分散的最高温度为80℃。（4）成功制备了超低渗透率的泥饼,得到的泥饼的平均渗透率为4.69×10-4 mD。将上述采用SI-ATRP方法改性获得的三种纳米材料进行了纳米封堵剂效果评价实验,结构表明三种纳米材料均对低渗透泥饼具有明显的封堵效果,加入0.5 wt%SiO2-g-SPMA,渗透率降低率为78.25%;加入0.3 wt%MWCNTs-g-SPMA-2时,渗透率降低率为50.96%;当加入 GO-g-SPMA 时,其渗透率降低率为 45.42%。将 0.1 wt%SiO2-g-SPMA与0.1 wt%GO-g-SPMA复配后,渗透率降低率Kr（%）增加至83.58%。最后对加入封堵剂与未加封堵剂的泥饼的微观形貌进行了分析,直观地观察到大部分微、纳米孔隙得到有效地封堵,另外在滤液的ESEM照片中中同样能观察到三种不同形态的纳米材料,进一步说明了改性纳米材料在体系中的稳定分散,并且能对微、纳米级孔隙进行有效封堵。