随着我国油气资源的不断勘探与开发,钻井工程中应用的各种功能型流体（比如水基钻井液、磁流体、水基压裂液等）均受到了广泛关注。本文主要针对这类功能型流体流变性调控及稳定性控制的技术难题,重点研究了具备独特网络结构的纤维素纳米材料对功能型流体流变性能和稳定性能的作用机理,并探索了多种基于微波辅助技术快速制备纤维素纳米材料的新方法,最终开发出一系列新型环保的纤维素纳米材料基功能型流体。本论文的主要研究内容如下:（1）基于微波辅助技术和机械处理从甘蔗渣中快速制备纤维素纳米纤维（Cellulose nanofibes,CNFs）,将其作为流变改性剂和滤失控制剂以改善水基钻井液（Water-based drilling fluids,WDFs）的流变性能和滤失性能。实验结果表明,经微波预处理后,木质素的去除率高达96.2%,以及木质纤维素的平均直径也从82±24μm降至9±2μm。随后机械处理所得的CNFs悬浮液由于其高度纠缠的网络结构表现出典型的剪切变稀行为和类似固相的粘弹性特性,以及CNFs改性WDFs的流变性能和滤失性能均得到显著提高,表明了CNFs在水基钻井液领域中巨大的潜在应用价值。同时,一种更快速的全新方法（即微波辅助碱性H2O2预处理结合超声处理方法）被用来从甘蔗渣中制备CNFs,以解决磁流体严重的沉降问题。经过微波预处理后,甘蔗渣中94.3%的木质素被去除,以及所得纤维素的羟基被氧化成羧基。随后经超声处理后所获得的CNFs悬浮液表现出典型的类似固相粘弹性行为,并将其用来悬浮磁流体中的磁性颗粒。因CNFs高度纠缠的网络结构以及与磁性颗粒间的静电排斥作用,有效改善了磁流体的悬浮稳定性（100个周期循环后黏度可逆率达到95.57%）和磁流变特性,为CNFs在磁流体中的高值化利用开辟了一条新途径。（2）由于少量木质素的存在有利于促进CNFs高度纠缠网络结构的形成,因而开发了一种绿色可持续的方法（微波辅助低共熔溶剂（Deep eutectic solvent,DES,氯化胆碱/乳酸体系）预处理结合机械处理）来制备含木质素纤维素纳米纤维（Lignin-containing cellulose nanofibers,LCNFs）。结果表明,在最优的预处理条件下（反应温度为110℃和反应时间为30 min）,LCNFs的木质素含量和得率分别为13.7%和45.2%,以及88.4%的DES是可以被回收和再利用的。相比于同浓度下的CNFs悬浮液,LCNFs悬浮液因存在的木质素在纤维网络之间起到粘结作用,显示出更高的黏度以及更明显的纠缠网络结构。因而,少量LCNFs的添加（0.1 wt%的浓度）就能够大大提高低固相WDFs的流变性能和滤失性能,甚至优于高固相WDFs,为钻井应用提供了一个可持续和绿色的新型钻井液。此外,将LCNFs应用于水基压裂液中也能够很好地悬浮支撑剂（甚至在高温下静置24小时后支撑剂仍不会发生沉降）,并且显著地改善了水基压裂液的流变性能和悬浮稳定性能,为提高压裂过程中的油气生产率提供了一种可持续的绿色方法。（3）研制出一种可持续、环保和超快速的预处理方法（即微波辅助天然DES（NADES,甜菜碱盐酸盐/甘油体系）预处理）结合高压均质处理制备得到LCNFs,并将其用来作为磁流体的流变改性剂和悬浮稳定剂。使用的NADES可由天然植物分离制备,并且该预处理手段仅仅消耗30秒,就可达到77%的去木质素率,以及纤维素被羧基化。随后,所获得的LCNFs悬浮液即使在静置一个月后也能够很好地悬浮磁性颗粒,这主要是由于LCNFs网络的物理纠缠作用以及LCNFs和磁性纳米颗粒之间的静电排斥作用所导致的。最后,通过对比分析纯磁流体的磁流变性能发现,LCNFs改性磁流体的磁流变性能得到显著改善,并且其黏度在施加不同磁场强度的条件下是可调节的,可逆的和稳定的（100个周期循环后仍保持98.7%的黏度保留率）。此外,这种智能型磁流体不仅拓宽了磁流体的实际应用领域,而且为解决磁流体严重的沉降问题提供了一种可持续和有效的方法。