木質素基漏失控制材料的研究進展

摘 要： 本文介紹了木質素的基本結構與化學改性，結合井下漏失控制的機理研究，闡述了木質素井下漏失控制材料的研究進展及應用。針對研究現狀，提出了當前所面臨的挑戰及未來的發展方向，以期為木質素基漏失控制材料的研究與應用提供一定的理論指導和參考。

關鍵詞：木質素；井下漏失控制；化學改性

中圖分類號：TS79 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 06. 003

井漏是指鉆井、固井過程中井筒工作液大量漏入地層的現象，其中大量鉆井液從井筒逸出到周圍巖體中，不但浪費了鉆井液，若處理不當還會導致如鉆井泥漿流失、井眼壓力不平衡、鉆桿卡鉆和井筒坍塌等復雜情況的發生[1]。據統計，在全球范圍內，井漏是導致鉆井項目停機的最主要因素之一，且井漏事件發生概率高達 20%～25%，造成了巨大的經濟損失[2-3]。隨著油氣勘探開發重點向深井、超深井快速轉移，目前絕大多數深井和超深井均屬于Ⅰ類高溫高壓井 （儲層 壓 力 ： 68.94～137.89 MPa， 儲 層 溫 度 ： 148.8～204.4 ℃） 和Ⅱ類超高溫高壓井 （儲層壓力：137.89～206 MPa，儲層溫度：204.4～260.0 ℃） [4]，在日益惡劣的復雜地質條件下，石油鉆探領域面臨著事故多發的嚴峻挑戰[5-6]。因此，開發安全、高效、經濟、綠色的漏失控制材料及處理策略十分必要。

木質素是自然界中含量最豐富的天然芳香族聚合物[7]，廣泛存在于陸生植物的細胞壁中，被視為一種生物黏合劑，連接纖維素與半纖維素，從而為植物提供足夠的力學性能[8-11]。木質素獨特的化學性質和三維網狀結構使其能與其他材料形成良好的氫鍵和共價鍵，不僅提供了出色的密封性能和黏合性能，還能增強材料整體的機械承壓能力并改善流變性能，便于加工和成形。目前，木質素主要作為一種工業副產物，主要來源于制漿造紙及生物質精煉工業過程，且產量巨大、利用率及利用價值較低，絕大部分用于燃燒供能[12-13]。利用木質素開發具有高附加值的能源、化學品和功能材料，在推動可再生資源的生態化利用及緩解石化資源短缺方面具有重要意義[14-15]。早在20世紀80 年代，我國就已經開始了對木質素基漏失控制材料的探索與應用。1985 年，由勝利油田勝采指揮部新技術推廣站配制的木質素磺酸鈣復合堵水劑通過了局級的技術鑒定并列入了油田重點推廣項目，該堵水劑在2年內先后在5個油田的18口油水井上進行了礦場試驗，達到了較好的應用效果[16]，開創了木質素應用于井下漏失控制的先河，為木質素的高值化應用開辟了一條全新的道路。2000年，劉慶旺等[17]以聚丙烯酰胺 （PAM） 與木質素磺酸鹽的縮合產物為主體劑，用 K2Cr2O7與硫脲氧化還原體系為交聯劑制備地層水（FW） 凝膠調剖劑，在大慶油田注水井上應用后，堵水增油效果明顯。2018年，李佳[18]通過高溫處理，利用木質素與交聯劑、增強劑反應形成空間網狀結構，并將樹脂填充于網狀結構中間，形成有彈性、耐高溫和具備一定強度的凝膠類堵劑，該堵劑對遼河油田井組的3口井增油降水效果明顯。時至今日，木質素基漏失控制材料的研發與應用仍在不斷推進，這些材料在促進木質素高值化利用和控制井下漏失方面發揮了重要作用。

本文從木質素的基本特性與改性出發，結合井下漏失控制的機理研究，概述了木質素基漏失控制材料的研究進展及應用，并分析了其面臨的挑戰與未來的發展方向，以期為木質素基漏失控制材料的研究與應用提供一定的理論指導和參考。

1 木質素分子結構與化學改性

1. 1 木質素的分子結構

在自然界中，天然木質素廣泛分布于針葉木、闊葉木以及禾本科植物中，其結構取決于木質素生物質的來源。總的來說，天然木質素是一種由苯丙烷基結構單元通過醚鍵或碳碳鍵連接而成、具有三維空間立體結構的芳香族高分子化合物[19]，構成木質素的 3種基本結構單元包括紫丁香基丙烷結構單元 （S型）、對羥苯基丙烷結構單元 （H型） 和愈創木基丙烷結構單元 （G 型）[20]，各基本結構單元之間的主要連接鍵為β-O-4 醚鍵，占木質素鍵結構的 50% 以上[21]（圖 1）。在實際的應用過程中，來源廣泛、成本較低的工業木質素在許多材料的研發中展現出了巨大潛力，成為推動綠色經濟和可持續性發展戰略的重要力量。

工業木質素的結構與性質相較天然木質素發生了較大的改變，根據分離工藝的不同，分子質量通常分布在1 000～20 000 g/mol之間[22]。硫酸鹽木質素與堿木質素是最常見的2種工業木質素，二者均源自制漿造紙工業的副產物。由于在蒸煮過程中硫酸鹽木質素的β-芳基鍵被大量裂解，使其具有更多的酚羥基，在苛刻的蒸煮條件下還會形成一些聯苯和其他縮合結構，一般來說，縮合結構的數量會隨著蒸煮時間的延長而增加。此外，脫木質素過程中的氧化反應會導致形成奎寧和兒茶酚結構，進而增加羧基數量[23]。與硫酸鹽木質素相比，堿木質素不含硫元素，具有更多的對羥基單元和羧基，化學成分更接近天然木質素[24]。

工業木質素在提取分離過程中經歷了不斷地分解和縮合，分子質量發生了不同程度的改變，具有芳香基、酚羥基、醇羥基、羰基、羧基等多種活性基團，并且存在大量的α-O-4、β-5等共價鍵，使工業木質素的結構進一步變得復雜[25]。這種復雜的結構雖然為工業木質素性能的穩定和標準化造成了困難，但使木質素在化學性質方面呈現出多樣性，為工業木質素在多領域應用提供了更多可能。通過磺化、羥基化、接枝等化學改性方法，在工業木質素分子中引入活性基團，可大幅度提升木質素的性能、拓展其應用領域[26-27]。

1. 2 木質素的化學改性

1. 2. 1 磺甲基化和磺化改性

木質素磺甲基化是將亞甲基磺酸基團引入木質素結構中，以增加木質素產品中磺酸基的數量，提高其鞣制能力。木質素磺化改性是指通過使用硫酸或亞硫酸鈉將磺酸基團添加到木質素中的反應，以增加木質素產品中磺酸基的數量，使其具備一定吸附性能的同時還擁有較高的彈性和表面活性，增加木質素的實用價值[28-29]。He等[30]采用氧化和磺甲基化相結合的方法對針葉木硫酸鹽木質素進行改性，以生產磺甲基化木質素。在最佳磺甲基化條件下，獲得磺甲基化度為2.05 meq/g 的磺甲基化木質素 （圖 2（a））。Huang 等[31]通過磺甲基化利用堿木質素 （AL） 和酶水解殘渣（EHR） 制備木質素磺酸鹽 （LS），在最佳磺甲基化條件下，AL 和 EHR 中木質素的磺化率分別為 94.9%和68.9%。仝麗麗等[32]以宜賓竹漿黑液木質素為原料，與無水亞硫酸鈉和去離子水一起加入高壓反應釜中，并用 2 mol/L 的 NaOH 溶液調節 pH 值，所得木質素磺酸鈉的最大磺酸基含量為 1.93 mmol/g，最佳溶解度為98.48%。

1. 2. 2 羥基官能化

木質素結構中的酚羥基和脂肪羥基位于側鏈的C-γ和C-α位置，酚羥基是反應性最強的官能團，會影響新形成材料的化學反應性。對羥基進行包括烷基化、酯化、醚化、酚化和氨基甲酸酯化等改性 （圖 2（b））從而促使木質素多元醇衍生物的形成[33]。

木質素具有不同的烷基化位點，包括羥基、羰基和羧基的氧原子，通常有3種改性方法，包括與重氮烷烴反應、在催化劑 （如鹽酸） 存在下與酒精反應或使用烷基硫酸鹽和氫氧化鈉反應[28]。木質素酯化反應是最容易制備木質素基聚酯的反應，酯化反應可通過3種不同的方式進行，即使用環酯的開環反應、與羧酸氯化物的縮合聚合反應以及與二羧酸的脫水聚合反應[33-34]。木質素醚化改性可通過以下 1 種或多種方式組合進行：使用氧化亞烷 （如環氧乙烷和環氧丙烷）進行聚合、使用環氧氯丙烷進行聚合、使用二縮水甘油醚進行交聯及使用乙二醇溶解木質素。氧丙基化是最常用的醚化方法，在堿性溶液中使用環氧丙烷對木質素進行改性，以制備木質素基環氧樹脂[34]。木質素酚化又稱苯溶解，是指在酸性介質中，在甲醇或乙醇等有機溶劑的存在下，通過木質素與苯酚反應對其進行改性的過程。這種反應通常用于改性木質素磺酸鹽，以增加酚基的含量，提高目標木質素結構的反應活性。木質素經酚解反應后，再與甲醛縮合制備木質素酚醛樹脂，其固化時間和黏度與標準的商用苯酚甲醛樹脂相當，可用于木板黏合劑的制備[35-36]。木質素氨基甲酸酯化反應通過木質素羥基和異氰酸酯基反應生成氨基甲酸酯鍵。傳統上，聚氨酯由多元醇和二異氰酸酯制備而成，可制得多種產品，包括低溫彈性體和具有高拉伸強度的柔性或剛性黏合劑[28， 33]。

1. 2. 3 接枝共聚

在木質素接枝共聚改性中，木質素被用作聚合的大分子引發劑，在聚合過程中，單體與木質素中存在的羥基發生反應，通過開環聚合或乙烯基單體自由基聚合將聚合物鏈組裝在木質素核上[37]。木質素羥基與環氧丙烷的反應是氧丙基化木質素最常見的開環聚合反應之一 （圖 2（c）），可以通過增加接枝鏈長度實現共聚物玻璃化轉變溫度和黏度的降低，所得共聚物已被普遍用作聚氨酯泡沫合成中的“大分子”單體[38]。乙烯基單體在木質素表面通過自由基聚合的“接枝”，可制備木質素-接枝共聚物 （圖 2（d）），這一過程包括在木質素結構上產生自由基，從而引發乙烯基單體的聚合，通常利用輻照或化學引發劑 （過氧化物），通過這種工藝生產多種共聚物，包括木質素-聚苯乙烯、木質素-聚丙烯酸和木質素-聚醋酸乙酯等，可有效改善所生成共聚物的性能[39]。

2 漏失控制機理及木質素基漏失控制材料

2. 1 漏失控制機理

不同類型的漏失控制材料具有不同的適用性和工作機理，漏失控制機理是研發漏失控制材料的基礎和關鍵，對漏失控制機理的研究主要分為基于巖石力學假設的理論漏失控制機理研究和物理模擬漏失控制機理研究，包括應力籠理論、裂縫封堵機理和隔離封堵機理。

2. 1. 1 應力籠理論

Aston 等[40]提出的應力籠理論認為，通過調節井周切向應力場和裂縫尖端應力場，可以在井筒液柱壓力和地應力場之間建立平衡，從而控制鉆井液的漏失。漏失工作液進入裂縫后，在裂縫內迅速形成滲透率極低的緊密封堵層[41]，阻隔鉆井液壓力和流體介質的傳遞，增大周向應力，形成應力籠，進而增強地層承壓能力。當井筒壓力增加時，增加的周向應力可以防止裂縫打開或產生新的裂縫。

2. 1. 2 裂縫封堵機理

裂縫封堵機理主要分為2個方面，分別為提高裂縫閉合應力機理和控制裂縫尖端延伸機理。提高裂縫閉合應力機理認為，漏失控制材料必須沉積在裂縫內部，迅速聚集形成封堵層，同時隔離裂縫尖端，增強裂縫閉合應力，封堵層后的流體滲入巖層孔隙中，顯著降低裂縫尖端壓力，進而增強地層的承壓能力[42]。控制裂縫尖端延伸的機理是指利用漏失控制材料隔離裂縫尖端，阻止鉆井液向裂縫尖端傳遞壓力，從而提高裂縫破裂壓力，防止裂縫延伸。當鉆井液在地層中漏失時，漏失控制材料會在裂縫尖端附近形成一個嚴密的堵塞層，阻止壓力波的傳播，防止誘發裂縫的形成。在高滲透率地層中，裂縫頂端的堵塞層比較容易形成，但在低滲透率地層中則不易形成[43]。

2. 1. 3 隔離封堵機理

隔離封堵機理是指在地層溫度、壓力和流體等因素的影響下，漏失控制材料在裂縫中經物理和化學反應形成的高強度結構將井筒和地層壓力系統隔離開來，以提高地層承壓能力。隔離封堵機理提高地層承壓能力的效果取決于環境的自適應能力、漏失控制材料的反應時間和穩定性及結構的強度等。這些漏失控制材料主要包括聚合物凝膠、固化樹脂等，適用于滲透性漏失的裂縫地層[44]。

2. 2 木質素基漏失控制材料

隨著對環保和可持續發展的重視，木質素作為一種可再生的生物質資源，逐漸成為研究熱點，木質素不僅來源廣泛，而且具有良好的化學反應性和生物相容性，在油氣開采、漏失控制等領域展現了廣泛的應用潛力，以下將重點介紹木質素凝膠類堵漏材料、木質素降濾失劑和木質素頁巖抑制劑的研究進展及其實際應用。

2. 2. 1 木質素凝膠類堵漏材料

與其他類型的漏失控制材料相比，具有顯著壓縮變形能力的凝膠材料不受通道形狀的限制，可自適應地進入不同大小的泄漏通道，并在損失通道中形成高強度的堵塞層。凝膠材料大致可分為交聯成膠材料和非交聯成膠材料。交聯成膠材料是指聚合物 （或單體）、交聯劑、引發劑等通過交聯反應以水溶液形式注入井下漏失通道而形成的黏彈性凝膠；非交聯成膠材料主要通過具有特殊官能團的聚合物鏈之間的纏結或締合形成凝膠結構。在實際操作時，需根據井下的實際情況 （環境溫度、漏速等） 調控凝膠的成膠時間，以適應環境的需要，使凝膠在完全成膠前以液體或高黏稠流體泵送進入漏失通道，抵達漏失通道后，凝膠滯留在井筒和漏失通道中，隨著時間的延長逐步成膠，黏滯阻力逐步增加，漏失逐漸減小，當凝膠完全成膠后，形成的封堵強度足以抵抗井筒與漏層之間的壓差時，即可完成封堵[45]。

Liu 等[45]制 備 了 一 種 基 于 木 質 素 的 封 堵 水 凝 膠（Lig-plugel），該方法利用木質素與聚乙二醇二縮水甘油醚 （PEGDGE） 之間的交聯反應和高溫下木質素的自交聯反應 （圖3（a）和圖3（b）），減少了交聯劑的用量，達到了調節凝膠化時間的目的，同時提高了其力學性能，最大壓縮應變可達 76.83%，抗壓強度和抗壓韌性分別為 1.85 MPa 和 276.13 kJ/m3，模擬封堵實驗表明，Lig-plugel 具有有效的封堵效果和適應性。Jiang等[46]以具有優異熱穩定性和生物相容性的木質素磺酸鈉與羧甲基纖維素和β-環糊精交聯以制備水凝膠gf-5 （圖 3（c）和圖 3（d）），在 60～90 ℃的環境中保持穩定結構120天，在不同滲透率的填砂管中，密封率超過 96%，突破壓力達 8.593 MPa。耿紹等[47]利用 AL、PEGDGE 與雙醛纖維素納米纖絲 （DA-CNF） 交聯聚合制備了具有較高的耐溫耐鹽特性、較好的 pH 適應性的 DA-CNF/木質素水凝膠 （圖 4（a）），該反應利用DA-CNF在水凝膠中的互穿網絡作用以及醛基與AL酚羥基發生縮合反應。在 150 ℃、pH 值=9、20 萬礦化度 的 鹽 水 中 老 化 20 天 ， 其 質 量 保 留 率 依 然 能 達86.4%。Yang等[48]制備了以木質素納米纖維素 （LCN）為交聯劑來增強聚丙烯酰胺 （PAM） 交聯網絡的水凝膠 （PAM-LCN） （圖4（b）），在高溫 （150 ℃） 和高鹽 （2×105 mg/L） 的條件下，65天內表現出優異的性能。封堵實驗表明，PAM-LCN 封堵率為 96.77%，突破壓力為3.16 MPa。木質素凝膠類堵漏材料主要以木質素為原料，其不僅可利用自身的活性基團 （酚羥基、醇羥基等） 與交聯劑進行交聯，還可以進行化學改性 （磺化、官能化等），賦予其一定的聚合度、交聯能力和熱穩定性后再進行交聯，基于上述2種方法制備的木質素凝膠憑借其優異的耐溫、耐鹽與封堵性能而具有潛在的油田封堵應用價值，為解決井下漏失問題提供了一種有前途的解決方案。

2. 2. 2 木質素降濾失劑

在鉆井作業中，鉆井液在壓力差的作用下易滲透到地層中，導致泥頁巖發生水化膨脹，從而引發井壁坍塌。降濾失劑又稱降失水劑，通過在井壁上形成一層薄而密實的濾餅，減少鉆井液的流失，從而有效維持井筒的穩定[49]。傳統降濾失劑主要包括纖維素類、腐殖酸類、淀粉類、丙烯酸聚合物類和樹脂類。大多降濾失劑的生物降解性較差，還可能含有重金屬離子，具有一定的生物毒性。若處理不當，含有這些添加劑的鉆井液可能對水源、土壤及生物造成嚴重影響。因此，利用生物質及其改性產品制備的降濾失劑越來越受到重視，廣泛應用于石油開采和開發領域[50]。

Chang 等[51]利用 π-π 鍵的相互作用，通過層層自組裝，由內向外合成了納米木質素 （Nano-LS），隨后以Nano-LS為單體、過硫酸銨和亞硫酸氫鈉為引發劑，在Nano-LS上接枝了N，N-二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，合成了一種新型納米木質素兩性共 聚 物 降 濾 失 劑 （Nano-LS-g-DAD） （圖 5（a））。在260 ℃下老化 16 h后，Nano-LS-g-DAD 含量為 2.0% 的膨潤土基泥漿的濾失量僅為8.0 mL，表明在高溫條件下，Nano-LS-g-DAD在水基鉆井液中仍保持正的降濾失性能。Sun 等[52]利用反聚電解質效應，以分子內自組裝方法制備了酶解木質素納米顆粒 （EHL），利用EHL 合成了一種新型鹽響應性降濾失劑 （EHL-ASN）（圖5（b）），測試結果顯示，EHL-ASN具有顯著的增黏和降濾失效果，可以顯著降低飽和鹽水基漿 （SSBM）的 液 體 流 失。Abdollahi 等[53]以 水 為 介 質，在 30 和55 ℃下分別使用氧化還原 （H2O2/CaCl2氧化還原引發劑） 和熱引發 （KPS 熱引發劑） 體系，將丙烯酰胺（AAM） 接枝到 LS 上，合成了木質素磺酸鹽/丙烯酰胺接枝共聚物降濾失劑 （LS-g-PAAM）（圖 6（a）），其中，氧化還原體系中的反應稱為 LA-1 （AAM∶LS 質量比=10∶1） 與LA-2（AAM∶LS質量比=20∶1），熱引發體系中的反應稱為LA-3。在高溫下的自來水膨潤土基中，LA-2 可以提高流變學性能，LA-3 對液體流失的控制能力最好，并且均具備良好的熱穩定性和耐鹽性。Chang 等[54]在水溶液中以過硫酸鉀為引發劑，將AAM和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 （AMPS） 接枝到納米木質素 （Nano-LS） 上，合成了環保型降濾失劑 （Nano-LS-g-PAM-PAMPS）（圖 6（b）），木質素納米球在泥餅中聚集，起到封堵作用，降低泥餅的滲透性，減少鉆井液漏失，在200 ℃下老化16 h后，流體損失可以顯著降低至7.5 mL。木質素降濾失劑可以木質素納米材料為主要原材料，通過接枝共聚技術并利用其自身的高強度、高韌性與高比表面積的特性，提高了材料的反應性和功能性，增強了復合材料的強度，具有環保綠色、耐高溫、降濾失強等優點，是木質素在漏失控制領域的一種良好應用。

2. 2. 3 木質素頁巖抑制劑

在頁巖油氣勘探中，水基鉆井液被認為比合成鉆井液和油基鉆井液更經濟環保[55]。與普通儲層截然不同的是，在鉆井過程中，當水敏頁巖 （蒙脫石含量高） 浸入水基鉆井液中時，頁巖會迅速發生膨脹或分散行為，從而導致孔隙壓力擴散和物理化學性能改變，使巖石的強度降低，增加了井眼的不穩定性，進而導致包括鉆井液漏失、卡鉆等問題的發生[56-57]。因此，各種頁巖抑制劑被廣泛應用于鉆井作業中，頁巖抑制劑主要通過抑制水敏性礦物或者水敏性泥頁巖地層的水化膨脹和水化分散來保持頁巖的強度，其中的大分子聚合物通過對黏土懸浮體及鉆屑敏化、絮凝、包被作用來抑制其水化分散，以保證井壁和頁巖地層的穩定性[49]。近年來，生物質材料因其環境友好、抑制能力強、流變性能穩定、潤滑性好等優點，在原油開采中作為頁巖抑制劑備受關注。

Su等[55]利用硅烷偶聯劑改性磺化木質素 （Si-SL）制備了一系列水基鉆井液可生物降解頁巖抑制劑（圖7（a）），與常規頁巖抑制劑（包括甲酸鉀（HCOOK）、聚乙二醇 （PEA）、Ultrahib聚合物和聚丙烯酰胺鉀鹽（K-PAM） 相比，在常溫下，抑制性能與 Ultrahib 相似，明顯優于 HCOOK、PEA 和 K-PAM，此外，Si-SL表現出最佳的耐溫性。在井下的現場應用中，Si-SL有效地抑制了水敏巖屑的水化，保持了頁巖地層的井筒穩定性，為安全快速鉆井提供了保障。Zhang等[58]以氯化鐵和LS為原料，制備了一系列氯化鐵-木質素磺酸鹽頁巖抑制劑（FCLS）（圖7（b））。FCLS對黏土的水化和膨脹過程表現出較高的抑制能力，溶脹度遠低于對照，并且泥球在FCLS溶液中更穩定。張黎等[59]利用LS與甲醛發生羥甲基化反應制備了羥甲基化LS，與LS相比，羥甲基化LS在室溫下對基漿的降黏、降濾失作用有所增強，形成的泥餅厚度降低，對黏土水化膨脹的抑制作用較強，泥餅膨脹率降低至29.7% （表1）。張潔等[60]利用硝酸處理 LS 制備硝化-氧化木質素磺酸鹽（NOLS），NOLS 對黏土的抑制作用較 LS 得到進一步增強，濾餅在 NOLS 處理劑中的膨脹率降低至 31.4%（表 1）。木質素頁巖抑制劑利用改性木質素的高耐溫、降黏、抑制水化膨脹等特性研發拓展了木質素在漏失控制方面的應用，從地層源頭對漏失進行了有效控制。

3 結語與展望

隨著不可再生石油資源的枯竭、資源循環利用要求的提高以及碳中和的國際共識，生物質材料的應用前景廣闊，木質素因其在生產生物基聚合物和復合材料方面的潛力被廣泛研究并應用在井下漏失控制方面。但是，目前仍有不少困難和挑戰需要解決。

隨著油氣勘探開發向深層、超深層地層的拓展，對井下漏失控制材料的耐高溫、抗鹽等性能的要求越來越嚴苛，使木質素類的井下漏失控制材料應用受到了一定的限制。未來，可以進一步加強對木質素改性的研究或將木質素與其他高性能聚合物、納米材料相結合制備復合材料，通過多學科的合作研究，未來的井下漏失控制材料將不僅能應對嚴酷的地層條件，還能實現可持續發展。

木質素的獨特結構使其具備良好的改性潛力，但改性過程往往涉及多種化學反應和物理處理，工藝復雜且難以標準化，導致木質素類漏失控制材料的研究與實際應用之間存在明顯的脫節，在市場上的競爭力較弱，限制了其推廣和應用。因此，未來的研究應集中于簡化木質素的改性工藝，降低生產成本，并建立標準化的體系，加強與油田實際需求的對接，推動木質素類產品的應用轉化。

總體來說，目前針對木質素漏失控制材料的研究仍處于發展的初級階段，隨著對木質素結構研究的不斷完善和改性方式的不斷進步，木質素將有可能成為一種制造成本低、高性能、綠色無污染的漏失控制應用產品，推動實現安全、高效、經濟、綠色鉆探，加快油氣勘探的綠色建設。

參 考 文 獻

［1］ WANG Z H，ZHONG Y. The status and development direction of

plugging technology for complex formation lost circulation［J］. Sino

Global Energy，2014，19（1）：39-48.

［2］ BAI Y，DAI L，SUN J， et al. Plugging performance and mechanism

of an oil-absorbing gel for lost circulation control while drilling in

fractured formations［J］. Petroleum Science，2022，19（6）：2941-

2958.

［3］ SUN J S，BAI Y R，CHENG R C， et al. Research progress and

prospect of plugging technologies for fractured formation with severe

lost circulation［J］. Petroleum Exploration and Development，2021，

48（3）：732-743.

［4］ SHADRAVAN A，AMANI M. HPHT 101-what every engineer or

geoscientist should know about high pressure high temperature wells

［C］//Proceedings of the SPE Kuwait International Petroleum

Conference and Exhibition. SPE， DOI：10. 2118/163376-MS.

［5］ XU C Y，YAN X P，KANG Y L， et al. Structural failure mechanism

and strengthening method of fracture plugging zone for lost

circulation control in deep naturally fractured reservoirs［J］.

Petroleum Exploration and Development，2020，47（2）：430-440.

［6］ SUN J S，ZHANG X W. Situations， challenges， demands and trends

of drilling fluid technology［J］. Drilling Fluid amp; Completion Fluid，

2011，28（6）：67-76.

［7］ SUN R. Lignin Source and Structural Characterization［J］.

ChemSusChem，2020，13（17）：4385-4393.

［8］ ZHENG Y，LIU T T，HE H D， et al. Lignin-based epoxy composite

vitrimers with light-controlled remoldability［J］. Advanced Composites

and Hybrid Materials， DOI：10. 1007/s42114-023-00633-4.

［9］ RAGAUSKAS A J，BECKHAM G T，BIDDY M J， et al. Lignin

valorization： Improving lignin processing in the biorefinery［J］.

Science， DOI：10. 1126/science. 1246843.

［10］ GIBSON L J. The hierarchical structure and mechanics of plant

materials［J］. Journal of the Royal Society， Interface，2012，9

（76）：2749-2766.

［11］ SUPANCHAIYAMAT N，JETSRISUPARB K，KNIJNENBURG J T

N， et al.

Lignin materials for adsorption： Current trend，

perspectives and opportunities［J］. Bioresource Technology，2019，

272：570-581.

［12］ LUO Z，LIU C，RADU A， et al. Carbon-carbon bond cleavage for a

lignin refinery［J］. Nature Chemical Engineering，2024，1（1）：

61-72.

［13］ EL B F Z ，ABLOUH E H，MHADA M， et al. Humic Acid

functionalized Lignin-based Coatings Regulate Nutrient Release and

Promote Wheat Productivity and Grain Quality［J］. ACS Applied

Materials amp; Interfaces，2024，16（23）：30355-30370.

［14］ ZHOU H，MAO Y R，ZHENG Y， et al. Complete conversion of

xylose-extracted corncob residues to bioplastic in a green and low

carbon footprint way［J］. Chemical Engineering Journal， DOI：

10. 1016/j. cej. 2023. 144572.

［15］ 趙銘月，惠嵐峰，高 洋，等 . 木質素改性化學品及高值化利用

［J］. 中國造紙，2023，42（4）：113-122.

ZHAO M Y，HUI L F，GAO Y， et al. Modified Chemicals and High

Value Utilization［J］. China Pulp amp; Paper，2023，42（4）：113-122.

［16］ 馮耀忠 . 一種新型復合堵水劑通過技術鑒定［J］. 石油鉆采工

藝，1985（3）：92.

FENG Y Z. A new type of composite water plugging agent through

technical appraisal［J］. Oil Drilling amp; Production Technology，

1985（3）：92.

［17］ 劉慶旺，楊

勇，郝愛萍，等. FW調剖劑的研制及其在大慶油田

的應用［J］. 大慶石油學院學報，2000（2）：91-94.

LIU Q W，YANG Y，HAO A P， et al. Research and application of

profile-modifying agent FW in Daqing oilfield［J］. Journal of North‐

east Petroleum University，2000（2）：91-94.

［18］ 李 佳. 木質素凝膠堵水技術［J］. 化工管理，2018（3）：33.

LI J. Lignin gel water plugging technology［J］. Chemical Engineer‐

ing Management，2018（3）：33.

［19］ 龔 蔚，蒲萬芬，金發揚，等 . 木質素的化學改性方法及其在油

田中的運用［J］. 日用化學工業，2008（2）：117-120.

GONG W，PU W F，JIN F Y， et al. Chemical modification of lignin

and its utilizating in oilfield［J］. China Surfactant Detergent amp; Cos‐

metics，2008（2）：117-120.

［20］ NORGREN M，EDLUND H. Lignin： Recent advances and

emerging applications［J］. Current Opinion in Colloid amp; Interface

Science，2014，19（5）：409-416.

［21］ UPTON B M，KASKO A M. Strategies for the Conversion of Lignin

to High-value Polymeric Materials： Review and Perspective［J］.

Chemical Reviews，2016，116（4）：2275-2306.

［22］ DOHERTY W O S，MOUSAVIOUN P，FELLOWS C M. Value

adding to cellulosic ethanol： Lignin polymers［J］. Industrial Crops

and Products，2011，33（2）：259-276.

［23］ CHAKAR F S，RAGAUSKAS A J. Review of current and future

softwood kraft lignin process chemistry［J］. Industrial Crops and

Products，2004，20（2）：131-141.

［24］ W?RMEYER K，INGRAM T，SAAKE B， et al. Comparison of

different pretreatment methods for lignocellulosic materials. Part

II： Influence of pretreatment on the properties of rye straw lignin

［J］. Bioresource Technology，2011，102（5）：4157-4164.

［25］ TRACHE D，HUSSIN M H，HAAFIZ M K M， et al. Recent

progress in cellulose nanocrystals： Sources and production［J］.

Nanoscale，2017，9（5）：1763-1786.

［26］ 王中華，楊小華 . 國內鉆井液用改性木質素類處理劑研究與應

用［J］. 精細石油化工進展，2009，10（4）：19-22.

WANG Z H，YANG X H. Research and Application of Modified-lig‐

nin Drilling Fluid Treatment Agents［J］. Advances in Fine Petro‐

chemicals，2009，10（4）：19-22.

［27］ 牟洪燕，黃 瑾，李維英，等 . 酚化改性木質素與纖維素酶相互

作用研究［J］. 中國造紙，2020，39（2）：22-26.

MOU H Y，HUANG J，LI W Y， et al. Study on the Interaction Be‐

tween Phenolized Lignin and Cellulase［J］. China Pulp amp; Paper，

2020，39（2）：22-26.

［28］ FIGUEIREDO P，LINTINEN K，HIRVONEN J T， et al. Properties

and chemical modifications of lignin： Towards lignin-based

nanomaterials for biomedical applications［J］. Progress in Materials

Science，2018，93：233-269.

［29］ DEMUNER I F，BORGES GOMES F J，GOMES J S， et al.

Improving kraft pulp mill sustainability by lignosulfonates

production from processes residues［J］. Journal of Cleaner

Production， DOI：10. 1016/j. jclepro. 2021. 128286.

［30］ HE W，FATEHI P. Preparation of sulfomethylated softwood kraft

lignin as a dispersant for cement admixture［J］. RSC Advances，

2015，5（58）：47031-47039.

［31］ HUANG C，MA J，ZHANG W， et al. Preparation of Lignosulfonates

from Biorefinery Lignins by Sulfomethylation and Their Application

as a Water Reducer for Concrete［J］. Polymers， DOI：10. 3390/

polym10080841.

［32］ 仝麗麗，謝章紅，徐靖宇，等 . 竹子堿法制漿黑液木質素磺酸鈉

的制備及染料分散性研究［J］. 中華紙業，2024，45（9）：82-86.

TONG L L，XIE Z H，XU J Y， et al. Preparation of Sodium Ligno‐

sulfonate from Black Liquor of Bamboo Alkaline Pulping and Study

on Dye Dispersion［J］. China Pulp amp; Paper Industry，2024，45

（9）：82-86.

［33］ LAURICHESSE S，AVéROUS L. Chemical modification of lignins：

Towards biobased polymers［J］. Progress in Polymer Science，

2014，39（7）：1266-1290.

［34］ MATSUSHITA Y. Conversion of technical lignins to functional

materials with retained polymeric properties［J］. Journal of Wood

Science，2015，61（3）：230-250.

［35］ EFFENDI A，GERHAUSER H，BRIDGWATER A V. Production of

renewable phenolic resins by thermochemical conversion of

biomass： A review［J］. Renewable amp; Sustainable Energy Reviews，

2008，12（8）：2092-2116.

［36］ ?ETIN N S，?ZMEN N. Use of organosolv lignin in phenol

formaldehyde resins for particleboard production： II. Particleboard

production and properties［J］. International Journal of Adhesion

and Adhesives，2002，22（6）：481-486.

［37］ DUVAL A，LAWOKO M. A review on lignin-based polymeric，

micro- and nano-structured materials［J］. Reactive amp; Functional

Polymers，2014，85：78-96.

［38］ NADJI H，BRUZZèSE C，BELGACEM M N， et al. Oxypropylation

of lignins and preparation of rigid polyurethane foams from the

ensuing polyols［J］. Macromolecular Materials and Engineering，

2005，290（10）：1009-1016.

［39］ PANESAR S S，JACOB S，MISRA M， et al. Functionalization of

lignin： Fundamental studies on aqueous graft copolymerization with

vinyl acetate［J］. Industrial Crops and Products，2013，46：191-196.

［40］ ASTON M，ALBERTY M W，MCLEAN M， et al. Drilling fluids for

wellbore strengthening［C］// Proceedings of the SPE/IADC Drilling

Conference and Exhibition. SPE， DOI：10. 2118/87130-MS.

［41］ MEHRABIAN A，JAMISON D E，TEODORESCU G. Geomechanics

of Lost-circulation Events and Wellbore-strengthening Operations

［J］. SPE Journal，2015，20（6）：1305-1316.

［42］ VAN O E，RAZAVI S O. Wellbore strengthening and casing smear：

The common underlying mechanism［C］// Proceedings of the SPE/

IADC Drilling Conference and Exhibition. SPE， DOI：10. 2118/

168041-MS.

［43］ LOLOI M，ZAKI K S，ZHAI Z， et al. Borehole strengthening and

injector plugging-the common geomechanics thread［C］// Proceedings of

the SPE North Africa Technical Conference and Exhibition. SPE，

DOI：10. 2118/128589-MS.

［44］ YILI K，CHENGYUAN X，LONG T， et al. Constructing a tough

shield around the wellbore： Theory and method for lost-circulation

control［J］. Petroleum Exploration and Development，2014，41

（4）：520-527.

［45］ LIU H，LI X，PAN Z， et al. Lignin-based plugging hydrogel with

high-temperature resistance and adjustable gelation［J］. Advanced

Composites and Hybrid Materials，2025，8（1）：1-15.

［46］ JIANG Z，YANG H，JI Z， et al. Lignocellulosic hydrogel for profile

control and water plugging in high salt reservoirs［J］. Journal of

Molecular Liquids，DOI：10. 1016/j. molliq. 2024. 124707.

［47］ 耿 紹，張偉風，羅浪漫，等 . 雙醛改性纖維素納米纖絲增強木

質素水凝膠及其耐溫耐鹽性能研究［J］. 中國造紙學報，2022，37

（1）：29-35.

GENG S，ZHANG W F，LUO L M， et al. Study on Lignin Hydrogel

Reinforced by Dialdehyde-modified Cellulose Nanofibril and Its

Temperature and Salt Tolerance［J］. Transactions of China Pulp

and Paper，2022，37（1）：29-35.

［48］ YANG Z G，GAO F，GUO J X， et al. Improving temperature and

salinity tolerance of polymer gels by modifying with lignin-containing

nanocellulose［J］. Fuel， DOI：10. 1016/j. fuel. 2024. 134019.

［49］ 李勇尚，馬 誠，王 晨，等 . 木質素在鉆采助劑中的應用進展

［J］. 當代化工，2022，51（10）：2450-2454.

LI Y S，MA C，WANG C， et al. Contemporary Chemical Industry

［J］. Contemporary Chemical Industry，2022，51（10）：2450-2454.

［50］ 李美春，孫金聲，呂開河，等 . 生物質基納米材料在鉆井液中的

應用研究進展與展望［J］. 世界石油工業，2023，30（6）：53-68.

LI M C，SHUN J S，LYU K H， et al. Research progress and pros‐

pect of biomass-based nanomaterials in drilling fluids［J］. World

Petroleum Industry，2023，30（6）：53-68.

［51］ CHANG X，SUN J，XU Z， et al. A novel nano-lignin-based

amphoteric copolymer as fluid-loss reducer in water-based drilling

fluids［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering

Aspects， DOI：10. 1016/j. colsurfa. 2019. 123979.

［52］ SUN J，CHANG X，LYU K， et al. Environmentally friendly and salt

responsive polymer brush based on lignin nanoparticle as fluid-loss

additive in water-based drilling fluids［J］. Colloids and Surfaces A：

Physicochemical and Engineering Aspects， DOI：10. 1016/j.

colsurfa. 2021. 126482.

［53］ ABDOLLAHI M，POURMAHDI M，NASIRI A R. Synthesis and

characterization of lignosulfonate/acrylamide graft copolymers and

their application in environmentally friendly water-based drilling

fluid［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering，2018，

171：484-494.

［54］ CHANG X，SUN J，XU Z， et al. Synthesis of a novel environment

friendly filtration reducer and its application in water-based drilling

fluids［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering

Aspects，2019，568：284-293.

［55］ SU J L，LIU M Q，LIN L， et al. Sulfonated lignin modified with

silane coupling agent as biodegradable shale inhibitor in water

based drilling fluid［J］.

Journal of Petroleum Science and

Engineering， DOI：10. 1016/j. petrol. 2021. 109618.

［56］ CHEN G，YAN J，LI L L， et al. Preparation and performance of

amine-tartaric salt as potential clay swelling inhibitor［J］. Applied

Clay Science，2017，138：12-16.

［57］ KAMAL M S，SULTAN A S，AL-MUBAIYEDH U A， et al. Review

on Polymer Flooding： Rheology， Adsorption， Stability， and Field

Applications of Various Polymer Systems［J］. Polymer Reviews

（Philadelphia， PA， United States），2015，55（3）：491-530.

［58］ ZHANG R，GAO L，DUAN W， et al. The Application of Ferric

Chloride-lignin Sulfonate as Shale Inhibitor in Water-based Drilling

Fluid［J］. Molecules， DOI：10. 3390/molecules24234331.

［59］ 張

黎，張 潔，陳 剛，等 . 羥甲基化木質素磺酸鹽添加劑對

鉆井液性能的影響［J］. 化學研究，2014，25（4）：423-427.

ZHANG L，ZHANG J，CHENG G， et al. Effect of hydroxymethyl‐

ated lignin sulfonate additive on the performance of drilling fluid

［J］. Chemical Research，2014，25（4）：423-427.

［60］ 張

潔，陳 剛，楊乃旺，等 . 硝化-氧化木質素磺酸鹽的制備及

其在鉆井液中作用效能研究［J］. 鉆采工藝，2012，35（2）：77-80.

ZAHNG J，CHENG G，YANG N W， et al. Preparation of nitration

oxidation lignosulfonate and the performance in drilling fluid［J］.

Drilling amp; Production Technology，2012，35（2）：77-80.

（責任編輯：宋佳翼）