本发明属于石油工程油田化学，涉及一种水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂及其制备方法与应用。
背景技术：
1、在油气钻探领域，井壁稳定一直是一个重要的技术挑战，尤其是在深井和超深井钻探中。复杂的地质条件，易引起井壁坍塌、卡钻和储层损害等问题，严重影响钻井作业的安全性和效率。目前常用的钻井液主要分为水基和油基两种类型，油基钻井液因其良好的润滑性和对页岩的抑制作用被广泛使用，但其配制成本高、环保性能差，易造成较大的经济损失，且处理困难。相比之下，水基钻井液由于其成本较低，环境影响较小而受到青睐，然而水基钻井液在抑制页岩膨胀方面，尤其是在应对富含可膨胀粘土矿物地层时，其性能表现不佳。
2、尽管已开发出多种水基钻井液页岩抑制剂，如聚合物、无机盐和表面活性剂等，但这些抑制剂仍存在配伍性差、使用剂量大和热稳定性差等缺点。在这种背景下，离子液体作为一种新兴的化学材料，由于其出色的热稳定性、化学稳定性、环境友好性以及结构的可调节性，为开发新型高效的页岩抑制剂提供了新的可能性。例如：中国专利文献cn106496048a中提到的烷基双子季铵盐具有良好的抑制效果、价格便宜，但其与钻井液配伍性较差，影响钻井液的稳定性。研究发现，聚离子液体相比起离子液体具有更好的抑制性。中国专利文献cn111004340a中公布的咪唑基聚离子液体抑制效果好、配伍性佳、成本低，但其耐温性较差，在120℃以上的温度就会导致其结构的破坏，从而降低抑制效率。
3、因此，研制出一种具有优异配伍性、高抑制性、强耐温性的聚离子液体页岩抑制剂对于提高钻井作业的安全性和效率，以及适应日益复杂和严苛的油气开采条件显得尤为重要。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂及其制备方法与应用。本发明的新型聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂具有良好的界面活性、较强的可设计性、优异的化学稳定性，赋予其热稳定性好、抑制性强、与钻井液配伍性好等特点，在现代油气钻探中展现出良好的应用潜力，本发明不仅为稳定页岩井壁和钻井液性能提供了高效的解决策略，而且还拓展了聚离子液体在化学领域的新应用。
2、本发明的技术方案如下：
3、一种水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂，具有式(i)所示结构：
4、
5、式i中，x为cl、br或i；n为10-100的整数。
6、根据本发明，上述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，包括步骤如下：
7、(1)将1-乙烯基咪唑和α,α’-二卤对二甲苯加入n,n-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后，加入三乙胺，脱氧处理后，进行反应，得到双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体(g-il-x)；
8、(2)将步骤(1)所得双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体(g-il-x)加入n,n-二甲基甲酰胺中，脱氧处理后，加入2-溴异丁酸乙酯、cubr和2,2’-联吡啶，进行反应；反应完成后，经离心、除去溶剂，得到聚(双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯)卤盐离子液体(pg-il-x)，即为水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂。
9、根据本发明优选的，步骤(1)中所述α,α’-二卤对二甲苯为α,α’-二溴对二甲苯、α,α’-二氯对二甲苯或α,α’-二碘对二甲苯；所述α,α’-二卤对二甲苯与1-乙烯基咪唑的摩尔比为1:2～2.1；所述α,α’-二碘对二甲苯可参考中国专利文献cn113773417a中实施例1制备。
10、根据本发明优选的，步骤(1)中所述n,n-二甲基甲酰胺的体积与α,α’-二卤对二甲苯的摩尔数之比为3～15ml:1mmol。
11、根据本发明优选的，步骤(1)中所述三乙胺与α,α’-二卤对二甲苯的摩尔比为2～2.1:1。
12、根据本发明优选的，步骤(1)中，通过通入氮气进行脱氧处理，通入氮气的时间为5～15min。
13、根据本发明优选的，步骤(1)中所述反应的温度为75～85℃；所述反应的时间为6～10小时。
14、根据本发明优选的，步骤(1)中，反应完成后，还包括后处理步骤，具体如下：待反应完成后，停止加热，向所得反应液中加入甲醇终止反应，自然冷却混合物至室温，分液，取下层，将所得下层相除去溶剂，得到1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体(g-il-x)；所述甲醇的加入体积与α,α’-二卤对二甲苯的摩尔数之比为1～5ml:1mmol。
15、根据本发明优选的，步骤(2)中所述n,n-二甲基甲酰胺的体积与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体(g-il-x)的摩尔数之比为3～10ml:1mmol。
16、根据本发明优选的，步骤(2)中，通过通入氮气进行脱氧处理，通入氮气的时间为5～15min。
17、根据本发明优选的，步骤(2)中所述2-溴异丁酸乙酯与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体的摩尔比为0.001～0.01:1；所述cubr与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体的摩尔比为0.001～0.005:1；所述2,2’-联吡啶与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体的摩尔比为0.001～0.01:1。
18、根据本发明优选的，步骤(2)中所述反应的温度为60～80℃，所述反应的时间为10～15小时。
19、根据本发明，上述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂在水基钻井液中的应用，用于抑制页岩水化膨胀，维持井壁稳定。
20、本发明的反应路线如下：
21、步骤1:
22、
23、步骤2:
24、
25、上式中，x为cl、br或i；n为10-100的整数。
26、本发明的技术特点及有益效果如下：
27、1、本发明的聚双子咪唑基离子液体是由含离子液体结构的单体作为重复单元所形成的一类聚电解质，具备离子液体高效抑制性能的同时，还展现出与钻井液良好的配伍性。
28、2、本发明的聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂，在较低浓度条件下即展现出显著的性能，有效地抑制页岩水化膨胀现象。
29、3、本发明的聚双子咪唑基离子液体具有出色的热稳定性，能够在高温环境中保持化学稳定，减少热分解导致的性能降低。
30、4、本发明的聚双子咪唑基离子液体的双子结构咪唑正电荷有助于与页岩表面相互作用，苯环提供了刚性平面结构，可以通过π-π堆积相互作用，减少页岩的膨胀，可调节的聚合度n使其性能具有灵活性，减少钻井过程中的问题。
1.一种水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂，其特征在于，具有式(i)所示结构：
2.权利要求1所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
3.根据权利要求2所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述α,α’-二卤对二甲苯为α,α’-二溴对二甲苯、α,α’-二氯对二甲苯或α,α’-二碘对二甲苯；所述α,α’-二卤对二甲苯与1-乙烯基咪唑的摩尔比为1:2～2.1。
4.根据权利要求2所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述n,n-二甲基甲酰胺的体积与α,α’-二卤对二甲苯的摩尔数之比为3～15ml:1mmol；
5.根据权利要求2所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，通过通入氮气进行脱氧处理，通入氮气的时间为5～15min；
6.根据权利要求2所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，反应完成后，还包括后处理步骤，具体如下：待反应完成后，停止加热，向所得反应液中加入甲醇终止反应，自然冷却混合物至室温，分液，取下层，将所得下层相除去溶剂，得到1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体；所述甲醇的加入体积与α,α’-二卤对二甲苯的摩尔数之比为1～5ml:1mmol。
7.根据权利要求2所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述n,n-二甲基甲酰胺的体积与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体的摩尔数之比为3～10ml:1mmol；
8.根据权利要求2所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述2-溴异丁酸乙酯与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体的摩尔比为0.001～0.01:1；所述cubr与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体的摩尔比为0.001～0.005:1；所述2,2’-联吡啶与双子1-乙烯基咪唑-对二甲苯卤盐离子液体的摩尔比为0.001～0.01:1。
9.根据权利要求2所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述反应的温度为60～80℃，所述反应的时间为10～15小时。
10.权利要求1所述水基钻井液用聚双子咪唑基离子液体页岩抑制剂在水基钻井液中的应用，用于抑制页岩水化膨胀，维持井壁稳定。
