目前国内外最常用的储层改造技术是水力压裂技术,但水力压裂技术存在水资源大量浪费、黏土膨胀和压裂液残渣伤害储层、返排不完全造成地下水污染以及污水处理费用高昂等缺点,对于强水敏性、强锁水底层,水力压裂法有很大的局限性。由此诞生了CO₂压裂技术,CO₂压裂技术是以液态CO₂代替常规水基压裂液的一种无水压裂技术。由于液态CO₂的储存环境是低温、高压环境,所以整个CO₂压裂设备的工作流程都要严格的控制压力和温度。压裂所用支撑剂是储存在常温状态下,在进行压裂液混配前必须对支撑剂进行冷却。本课题提出的支撑剂冷却储罐就是用于支撑剂的冷却作业,该设备利用液态CO₂对支撑剂进行冷却作业,冷却后的支撑剂送入混砂器中进行混配作业。该设备能有效、快速地降低支撑剂的温度,以保证压裂作业对支撑剂的需求。支撑剂的冷却过程可以分为两个阶段:第一个阶段,整个罐体处在过热的高温状态,注入的液态CO₂处在过冷的低温状态,巨大的温差导致液态CO₂吸热发生相变,并吸收大量的热量,从而使得支撑剂的温度急剧降低。在此过程中,液态CO₂气化形成的低温气体继续与支撑剂发生换热作用,持续降低支撑剂的温度。第二个阶段,整个罐体处在CO₂饱和温度以下的低温状态,此阶段内,罐体内部仅仅存在液态CO₂与支撑剂及气体的对流换热作用,由于温差较小,对流换热作用较弱,罐内温度变化幅度较小。本文在分析了支撑剂冷却过程传质传热理论模型的基础上,利用热力学和仿真模拟两种方法对支撑剂冷却过程进行了研究,具体的内容与结论包括:1、讨论了支撑剂冷却过程中传热与传质的数学模型,对CO₂相变及其物性变化进行了定量分析,确定了不同相态下CO₂物性的计算式。2、对比分析了Fluent模拟结果与热力学计算结果,发现仿真模拟的结果与理论计算的结果较为接近,从而验证了仿真模拟的可行性与可靠性。3、对比分析了不同工艺条件下的支撑剂冷却过程,发现提高液态CO₂的注入流量在一定程度上能缩短冷却时间,但提高到一定数值（15L/s）以后对于冷却速率改变不大,反而会造成较大的压力损失;双侧对称排布的入口结构能够很好的改善入口管处的压力峰值,减少压力损失,同时降低最终的冷却温度;降低排气口出口压力能够缩短支撑剂的冷却时间,但由于受限于压裂工艺流程前后的工程要求,不能无限制的降低出口压力;通过减少支撑剂的填充体积,能在一定程度上提高其冷却效率。