Как известно, подавляющее большинство нефтяных месторождений страны являются многопластовыми, продуктивная часть которых весьма неоднородна в пространстве. При закачке воды в неоднородно-слоистые коллекторы вода первоначально прорывается по наиболее высокопроницаемым пропласткам, вызывая тем самым преждевременный прорыв воды в добывающих скважинах.

       Отрицательное влияние неоднородности на эффективность заводнения при разработке многопластовых залежей существенно увеличивается с увеличением вязкости нефти. Вследствие преждевременного прорыва воды по наиболее продуктивным пластам, несмотря на значительное количество неизвлеченной нефти, добыча её становиться в ряде случаев невыгодной. Одним из методов регулирования неоднородности продуктивных пластов является полимерное заводнение.

             Практическая реализация полимерного заводнения стала возможна в связи с бурным ростом химии высокомолекулярных соединений и производством полимерных материалов в последние годы.

          Использование полимерных растворов для заводнения пластов впервые было предложено в 1958 году, а практическая реализация была начата фирмой Доу Кемикал в 1959 году на месторождении Ниагара (штат Кентукки, США).

            В Советском Союзе первый промысловый эксперимент по применению полимеров был произведен на Орланском месторождении Куйбышевской области в 1956 году. К настоящему времени по результатам теоретических, лабораторных и промысловых исследований, проводимых институтами Гипровостокнефть, БашНИПИнефть, ВНИИ и др., накоплен достаточный опыт для проектирования полимерного заводнения. Разработаны и выпущены соответствующие методические и руководящие документы, позволяющие определять технологические показатели вытеснения нефти при полимерном заводнении [1].

Физико-химические основы метода. Полимеры используют в виде слабоконцентрированных растворов, которые подают в систему ППД. Полимерные растворы в процессах вытеснения нефти способствуют увеличению коэффициента охвата h_охв пласта снижением соотношения подвижности воды и нефти (k_am_н)/( k_н m_а). Этот параметр может быть улучшен уменьшением фазовой проницаемости во воде k_aи вязкости нефти m_н, увеличением фазовой проницаемости по нефти  k_н и вязкости воды m_а.

              Для полимерного заводнения используют следующие полимерные реагенты, полиакрилнитрил, гидрализованный полиакрилнитрил (гипан-1, гипан-0,7), полиметакрилат натрия (комета), сополимер метакриловой кислоты и ее амида (метас), сополимер метакриловой кисоты и метилметакрилата (М-14), анионактивный сополимер акриловой кислоты (Ока), акрилаты натрия (сайдрил, сайпан, WL-100, дрилед-425) и др., так называемые, анионактивные полиэлектролиты, имеющие в своих ячейках функциональные группы. Такого рода полимеры с длинными цепями и большим числом заряженных участков обеспечивают высокие вязкости промывочной жидкости за счет  электровязкого эффекта.

        Из широкого класса высокомолекулярных соединений наиболее широкое распространение при заводнении пластов получил полиакриламид (ПАА) [СН₂-СН-СO-NH₂]_n , являющиеся производными  акриловой кислоты. Это линейный полимер с молекулярной массой, достигающей несколько миллионов. В зависимости от способа очиски ПАА выпускается двух типов – аммиачный и известковый. Организовано промышленное производство ПАА в гранулах.

      Широкий выпуск ПАА налажен и за рубежом: в США-Пушер 500, Пушер 700, Сепаран Р-10, Р-20, АР-30, АР-273, магнафлок, эирфлок; в Германии-ДТ-120; в Канаде – Ретен 423.

        Добавка ПАА к нагнетаемой воде даже в малых объемах повышает ее вязкость, снижает подвижность и, следовательно, уменьшает вязкость нефти, Это повышает устойчивость раздела между водой и нефтью (фронт вытеснения), способствует улучшению вытесняющих свойств воды и более полному вовлечению объема залежи в разработку.

         При движении полимерных растворов через пористую среду фильтрационная способность раствора уменьшается гораздо сильнее, чем увеличивается его вязкость по сравнению с водой [2]. Это явление можно объяснить тем, что пористая среда удерживает определённое количество полимерного материала, изменяя таким образом свои фильтрационные свойства. Для количественного учёта этого явления используется фактор сопротивления R, равный отношению подвжности воды (k/m)_в к подвижности полимерного раствора (k/m)_п :

Исследованиями [3] установлено, что в общем случае фактор сопротивления возрастает с увеличением молекулярной массы полимера и с уменьшением проницаемости пористой среды. При скорости фильтрации менее 2 м/сутки фактор R  мало зависит от скорости течения. При более высоких скоростях, характерных для прискважинной зоны, подвижность полимерных растворов может заметно изменяться [3,4,5]. 

          В целом существует довольно чётка корреляция между вязкостью и молекулярной массой полимера: растворы полимеров с большей молекулярной массой обладают более высокими значениями вязкости [6].

         Вязкость обычных разбавленных растворов с ростом концентрации увеличивается по известному закону Эйнштейна [7]. 

             При этом в области малых концентраций  темп увеличения вязкости, как правило, максимален. Уменьшение вязкости растворов при использовании в качестве растворителя минерализованных вод характерно не только для растворов ПАА. Наибольшее значения увеличения вязкости раствора приходится на область значений рН среды в пределах 6,6 – 9,3.Где m- вязкость раствора; m₀ – вязкость растворителя; С – концентрация полимера в растворе.

          На вязкость ПАА сильное влияние оказывает гидролиз щелочью. Гидролиз осуществляется в присутствии щелочи при повышенной температуре. Результаты исследований [3,4,8] показывают, что увеличение степени гидролиза ПАА с 9 до 33 % вызывает примерно четырехкратное увеличение вязкости раствора полимера 0,2 – ной концентрации.  

             Отличительные особенности свойств полимерных растворов в пористой среде обусловлены адсорбцией и механическим улавливанием молекул полимера на поверхности породы. Это влияет на изменение реологических характеристик полимерных растворов, появление тка называемого фактора сопротивления, который показывает, во сколько раз кажущаяся вязкость при фильтрации в пористой среде выше вязкости по вискозиметру [7]. В итоге при фильтрации в пласте концентрация полимера в растворе уменьшается и перед фронтом полимера образуется зона воды, лишенная полимерного вещества. Это сильно затрудняет регулирование параметров процесса на фронте вытеснения. Из экспериментальных данных следует, что при обычно используемых концентрациях полимера (0,03-0,05 %) количество полимера, захватываемого 1 м³ породы, составляет примерно 30 – 50 г [4].