液氮是一种无色、无味、无污染的流体，不仅广泛应用于航空航天、电子、食品、民用和生物等领域，而且在石油工程中也起着重要的作用。在20世纪末，它被成功地用作压裂液，在地层中形成人工裂缝。

液氮是一种极低的流体，其临界温度和沸点（在大气压下）分别为-146.9和-195.8°C。因此，当岩石与热储层接触时，液氮可以显着降低岩石的温度。在这种情况下，岩石内部的显着热应力将降低，这可以促进初始裂缝的延伸，甚至产生新的裂缝。

此外，液氮与地层中的其他流体具有优异的相容性，并且由于其惰性而不参与任何乳化。由于临界温度极低，液氮可以完全气化，在储层中不留任何东西。

液氮压裂的应用前景

近年来，非常规气体在全球能源供应中发挥了重要作用。但是，由于储集层质量低，涉及这些非常规气体的含水量问题，对压裂处理有较高的技术要求。

为了保护水资源和储集层，压裂液应与地层液具有良好的相容性，并且对地下水和地表水应无污染。

在压裂过程中，将创建断裂网络，这将改善SRV（Stimulated Reservoir Volume，体积压裂）。在干旱地区，压裂处理应尽可能少地消耗水。此外，未来水力压裂法规可能会更加严格。为了解决这些问题，石油工程师越来越关注水基流体的替代品。液氮压裂的增产处理需要进一步研究，以探索产生自支撑裂缝和减少用水量的可能性。

与常规压裂相比，液氮压裂在储集层、环境保护和SRV改善方面表现出更优越的性能。它有望成为使用适当技术有效刺激非常规气体的最重要方法之一。

液氮压裂技术难点

随着水平井技术的飞速发展，多级压裂已成为储层增产的关键技术。由于橡胶封隔器和桥塞组件在极低的条件下很容易无法工作，因此使用液氮进行多级压裂非常具有挑战性。因此，传统的液氮压裂在控制裂缝起始位置和沿井筒形成多分离裂缝方面存在相当大的困难。在传统的液氮压裂中，分离方法称为“冷冻水”分流器，涉及注入0.5-0.8立方米的水来密封裂缝区。然而，新的裂缝只会在冻结区域上方开始，这是应用此方法时的技术瓶颈。

另一种类型的刺激方法是水射流压裂，它是喷射射孔，压裂和隔离的组合。利用射孔腔内增压效应和环形区流体动力密封效应，可以控制裂缝起裂位置，有效隔离井筒。一旦形成裂缝，高速射流将不断泵入穿孔腔并形成裂缝。喷射系统由喷嘴，环空，腔和裂缝组成，表现为喷射泵。

根据伯努利原理，在高速射流周围形成低压区。由于射流和周围流体之间的压力差，这种“喷射”可以将环空流体吸入裂缝区以外的其他裂缝中。因此，利用液氮射流压裂可以完美地解决裂缝位置的控制困难和井筒孤立的挑战，集液氮射流和液氮压裂的优点于一身。