经济、高效的储层改造技术是开发深地资源的关键。深部岩石温度高,成岩作用强,岩性致密且渗透率低。现场压裂改造过程中常遇到起裂压力高、造缝困难,增产效果差等难题。液氮压裂技术采用超低温液氮作为压裂工质,利用冷冲击作用在坚硬岩石内部形成热应力,可辅助致裂深部致密、高温岩体,在较大范围内形成复杂体积缝网。温差越大,冷冲击致裂效果越强,这使得该项技术尤其适用于深部高温干热岩储层。本文针对超低温液氮在压裂管柱中的流动传热过程,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,围绕井筒内温度、压力分布规律,液氮压裂泵注程序及关键参数开展研究,并以EGS系统为例,研究了液氮压裂体积裂缝对产能的贡献,主要工作和成果如下:针对压裂过程中,液氮所处高压、高雷诺数状态,研制了液氮压裂井筒换热模拟实验系统,采用稳态法开展了液氮对流换热强度测量实验,研究了不同温度、压力、质量流量、壁面热流密度条件下,液氮与模拟井筒之间的换热规律。比较了不同努塞尔数预测公式对压裂工况下液氮在圆管内对流换热强度的预测精度,分析了预测误差可能的形成原因。采用无量纲分析方法,推导了换热强度预测准则式基本形式,并基于实验结果对相关参数进行了回归拟合,得到了适用于液氮压裂工况的换热强度预测公式。基于修正的换热强度预测公式,建立了井筒瞬态温度、压力场计算模型,分析了油管内泵注低温液氮,环空泵注常温氮气的压裂模式下（“油套同注”压裂模式）,井深、地温梯度、油管排量、套管排量等参数对井筒温度场、压力场的影响规律。结果表明:环空排量对油管内液氮温度分布影响小;井深增加,井底可获得液氮最低温度升高;增大油管排量可有效降低井底液氮温度,但同时井口压力急剧增加。“油套同注”压裂模式下,液氮冷能利用效率低,低温液氮无法有效输送至井底并保持低温状态。分析油管、套管内壁热流密度分布规律后发现,压裂管柱预冷效果和环空隔热效果是影响低温液氮在压裂管柱内输送效率的关键参数。提出了“管柱预冷+局部封隔致裂”的液氮压裂新模式。通过释放井口注入压力提高压裂管柱预冷效率;利用封隔器在底部封隔油套环空,有效增加了环空热阻,提高了环空保温效果。建立了环空自然对流计算模型,得到了环空自然对流换热热流密度随井深分布规律,计算了压裂管柱预冷液氮消耗量和液氮压裂过程中井底流体温度。结果表明:新压裂模式可有效提高液氮输送效率,降低压裂过程中井底流体温度。管柱预冷液氮消耗量随井深增加而增加。井底液氮温度随井深、压裂管柱尺寸、套管尺寸的增加而升高,随液氮泵注排量的增加而降低。以EGS系统为例,评价了液氮压裂技术在干热岩储层中所形成体积缝网对取热效率的影响规律。热应力可致裂高温、致密岩体,形成相互连通的体积缝网,有助于延长EGS系统经济开采年限。在生产井中实施液氮压裂所获得增产效果要优于注入井。液氮压裂可有效解决EGS系统开发干热岩过程中常遇到的热突破问题,可在整体上提高干热岩开发效率。验证了液氮压裂技术对干热岩开发的技术适用性。本文系统地研究了液氮压裂过程中井筒换热规律,所提出液氮压裂新模式可有效提高液氮在管柱内输送效率。研究结果有望为液氮压裂下一步研究及现场施工参数设计提供理论依据。