早在60年代苏联和美国的专家们就开始了和平利用核爆炸途径的探索。结果表明，借助核爆炸可以解决不少实际问题。这里就勘探和开采天然碳氢化合物时利用核爆炸的前景问题作些探讨。

用于改进钻井技术的爆炸

目前的钻井技术还不能确保高的石油采收率。该指标平均不超过40~50%，而在油气矿床边缘仅为10~15%，此外，钻井技术也不能开采天然碳氢化合物的结晶水化物和沥青矿床。大体上说，现有的技术仅可能采取已查明油、气储量的25%。

苏联和美国均研究了利用地下核爆炸改进钻井技术的可能性。在苏联，爆炸主要在石油和油气矿床进行，这里的储油层是有不同孔隙度和渗透性的很坚固的碳酸岩。其埋藏深度和相应的爆炸深度不超过1.5公里，而爆炸装置的功率从3 - 15千吨。

美国的实验是安排在气矿条件下进行的，储气层是孔隙度和渗透性均不大的很坚固的陆源岩石。爆炸深度达2.5公里，而功率为29~43千吨。

所有实验结果均令人信服地证明，核爆炸改善了“岩石 - 钻井”系统的工作指标，并可观地增加了受激井的出油量。此外，专门的综合研究也使我们弄懂了为什么发生这样的情况和怎样的爆炸后果才能有独立的技术上的意义。

研究人员从所有爆炸伴生的物理现象中识别出三种情况：周围多孔介质的机械变换，附近岩石的稳定电极化和已固结熔融物中放射性产物基质固化（95~98%）。

地下爆炸中心周围半径为80~100米/千吨^1/3的地区是多孔介质机械变换区。这只是定性的不均匀形成物，对于假定均匀的原有介质来说，可以表示成几个区。

半径为25~35米/千吨^1/3的中心区（Ⅰ），特点是发育着径向和切向大裂缝。由于富有交叉裂缝，该区内的岩石状态不稳定，而流体的传导性很高。因此，可将Ⅰ区看成是一个大容器，适用于离析进入的液体和气体，堆积液体和固体的悬浮物。

过渡区Ⅱ是厚为10~15米/千吨^1/3的剩余应变岩石层。这里岩石处于应力状态下，使得井筒受静态压缩，也显现出巨大的空隙和裂缝。在Ⅱ区内，中心区的岩石卸去外部压力的作用，可以认为Ⅱ区是向爆炸中心或从爆炸中心方向运动着的流体路径上的附加障壁。

外区Ⅲ有80~100米/千吨^1/3的半径。在这里仅形成了一些径向的微裂隙，即岩石的应变几乎没变。可以将该区看成是与爆炸中心衔接的岩体，这里流体的传导性增大得不多（大约0.5倍）。

异常电极化区包括过渡区和外区，往往扩展到200–250米/千吨^1/3。异常区的电场强度向着爆炸中心，这保证了液体向爆炸破坏区中心的运动补充增强。

研究表明，异常电极化与储油层岩石性质有关，这使我们得以计划这一爆炸后果的利用。查明了其影响层间流体运动的机制：异常极化作用于渗滤通道表面吸着的液体层。

因此，异常电极化在技术上仅对小孔隙储油岩层有意义，地下核爆炸后果总是表现在Ⅱ区，这里由于岩石压密，具有半导体性质，这便使液体向爆炸中心的运动变得容易了。正因为如此，得以可靠地使液体局限于中心区。

具体技术

地下核爆炸后的技术显著性不仅与介质变化特点，而且也与其地质结构有关。约80%的油、气矿床属于层状类型，特点是面积与厚度之比很大（S/h~10³~10⁴）。对于大多数矿床而言，应该限定爆炸功率，使其仅作用于邻近钻井底部分。美国专家得出的结论是爆炸机械作用地段的面积不超过矿层面积的百分之几。

经验表明，在工业开发集中于有复杂构造的低渗透性储油层岩石中的油、气矿层时，核爆炸最为有效。目前，这样的矿层实际上还没被利用。

在美国三个和苏联一个类似的矿床上进行了实验，从而确定了利用两项技术的原则，其一为了评估含矿层的渗滤参数，另一技术用于强化层间流体流入量。

苏联的经验是，在勘探复杂构造、低渗透储油层中的油、气时，可以评定含矿层的渗滤参数，而不必将层间流体放出到地表。

需要在一定大小的层中建立有低气压的空腔。根据爆炸受激井底温度和压力的遥测资料绘制说明压力恢复的曲线，然后找到所求参数。

该方法经受住了实践的检验，推荐用于地质条件复杂的难以走进的地区。

在勘探低渗透性小孔隙储油层的矿体时，可以利用强化流体流量的技术。这时，地下核爆炸保证了矿体的更完全的开拓和提高了流体的运动。实地实验表明，这样的方法成功地使钻井涌出量大增（14倍多）。

在勘探石油和气矿时，矿体的开拓质量用钻井有效半径来评估。

爆炸受激井的有效半径主要取决于；区的大小，这里流体运动的阻力小。由于地下核爆炸功率一般不超过20千吨，这一区的大小和钻井的有效半径为100~150米。鉴于一个受激于地下核爆炸井的花费接近于三口通常深井的价格，仅在某些岩石中值得采用。

实测表明，在核爆炸作用下岩石的异常极化在技术上是有意义的，正是这种极化保诬了受激井涌出量的补充增长。

完善开采石油的技术是地下核爆炸的又一个有前途的方向。这种技术之一是与人工“气帽”状态下开采矿体有关。需要向“气帽”中唧送气体，气体将石油挤出。这种情况下石油的开采系数接近60%，是通常开采类似矿体时的2倍左右。

为了提高油气矿边缘部分的开采系数，研究出了利用核爆炸的专门技术。在小的压差下开采，这样的条件是由爆炸中心区结构特点保证的。这样开采稳定了边缘的空间位置，且使得像开采一般的石油矿床一样，开采系数近40%（通常为10~15%），采油总增长1倍多。

最后，核爆炸的又一可能的应用与从结晶水化物矿中开采气有关。已知，压力降低或温度升高时气体放出，为此需要造成大的气化面和保证层中放出的水、气分离。爆炸就满足了这两个条件。

在最后评价利用前途之前，必须回答两个原则性的问题：经济上是否合算和生态学上是否可取？

问题的经济学和生态学方面

根据美国的资料，专门核制品的价格为35~70万美元，而1吨石油在国际市场上的价格为200~400美元。但是，这样算新技术的经济效率是很不准确的。我们认为，比较能量指标：爆炸时耗用的能量和补充开采出的燃料所得到的能量，是合理的 。

实验表明，一次爆炸补充地得到平均约10万吨标准燃料，而这并不是极限。这充分地说明了新技术在经济上是合算的。

—般收回基本费用需要5~8年。一口受激钻井的花费不超过3~4百万美元，而它一年中300天都在运转，在补充被采燃料最低价的情况下我们来评估其涌出量的必须值。不复杂的计算表明，补充涌出量为12吨标准燃料/天。

可以认定下述要求为经济合理性的判据 ：新技术工作期间，补充开采应该不少于一次爆炸10万吨标准燃料；查明的涌出量增长应该不少于12吨标准燃料/天。正如实地实验所表明的那样，完全达到要求。

关于生态可接受性问题，首先取决于克服地震和放射性后果的可能性。实际经验说明，爆炸的功率不应超过20千吨，深度为1~4公里（正是这样的深度上集中了主要储量）。这能确保爆炸的地震安全性。

放射安全也可以达到。在中心区集中了所有的爆炸放射物，这一特点使我们在采油、气时分离流来的液体，进行分采，蓄积流入的层间水，后者是主要的危险源。对“层 - 受激井”系统中压力分布的研究表明，在含油层和爆炸中心区之间长时间（数年）保持着低的压力。这样的差别可用过渡区的性质解释。

正确地利用爆炸造成的变化介质特性，能成功地保证放射安全。但这仅仅是在伴流的层间水充满中心区之前才有可能。因为在此之后开采工作停止，这里成为污染水的墓场。

因此，为了确保放射安全，必须遵循两点要求：第一，爆炸中心应该在含油层；其次，在开采油、气时，层间水不应该遗弃在中心区，当然也不应当抽取到地表。

实地实验表明，在所有研究点上均遵守了上述要求，确保了从爆炸受激井中采油、气的放射性安全。

[Прцроòα1991，No11]