本发明公开了氟化纳米二氧化硅以及改性纳米分散液及其制备方法和应用。一种氟化纳米二氧化硅，包括纳米二氧化硅以及在所述纳米二氧化硅表面的式I所示的基团和/或式II所示的基团，‑OOC‑(CF2)m‑COO‑(式I)，‑OOC‑(CF2)n‑CF3(式II)，其中，m为1‑10，n为1‑10。氟化纳米二氧化硅的制备方法包括：将含有纳米二氧化硅的溶液与含氟酸酐和/或含氟酸进行混合。该氟化的纳米二氧化硅可以良好的分散于水溶液中，获得稳定、均一的纳米分散液。将本发明的改性纳米分散液应用于水基钻井液中，能够与钻井液有良好的配伍性，对页岩具有良好的水化抑制作用和纳米封堵的效果。