杨睿月 丛日超 刘 晗 黄中伟 温海涛 洪纯阳

1.油气资源与探测国家重点实验室·中国石油大学（北京） 2.中国石油大学（北京）煤层气研究中心

3.中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院

0 引言

我国煤层气资源丰富，但是开采难度大，煤层气井产气量普遍较低[1]。为了提升煤层气储层渗透性，我国90%煤层气地面开采井进行了水力压裂[2]，但是由于煤岩脆性指数小，无论是垂直井、丛式井或水平井，直接在碎软煤层中压裂，裂缝延伸长度短，煤层气井泄流半径小，单井产气量低并且衰减快，水力压裂改造效果有待进一步提高[3]。现阶段我国煤层气储层改造技术面临以下3个方面的问题：①受到煤岩特征的影响，煤层气储层压裂产生长缝的难度大；②压裂液阻碍了气体的产出；③水力压裂需要消耗大量的水资源，同时压裂液对环境造成污染，并且后期处理困难[4-5]。

液氮具有超低温（常压下温度为－196 ℃）、低黏度、无色、无臭、无腐蚀性、不可燃并且成本低的特点[6]，将其应用到页岩、煤岩的储层改造中，已逐步受到关注[7]。自20世纪90年代以来，国内外对液氮伴注及液氮压裂页岩、煤岩等非常规储层展开了大量研究[8-9]。在液氮冻结或冻融对岩石的损伤劣化作用机制方面，前人通过电镜扫描（SEM）、CT扫描、核磁共振（NMR）、声发射探测、单轴/三轴伺服加载等方法测试了岩样经液氮冷浸后物理参数（密度、波速、渗透率、孔隙度）和宏观力学性质（应力—应变、抗压强度、抗拉强度、弹性模量和泊松比等）的改变[10-13]，揭示了冻结致裂机理[14-15]。……