水力压裂改造技术是目前煤层气开采的有效增产措施之一。由于煤储层的特殊性,常规的降滤失及暂堵方法对于提高煤层压裂效果并不十分明显,且存在一定的弊端。提出了冰晶暂堵压裂的工艺,其基本原理是：泵入液氮对地层进行降温,使煤层丰富的割理系统中形成冰晶,把天然煤岩变成冻结煤岩,以实现降滤失或暂堵转向。本文以煤层气井压裂降滤失和暂堵技术的前期研究工作和相关领域的研究成果为基础,针对冰晶形成条件、封堵能力、低温对煤岩物理力学性质的影响、冰冻对压裂施工的影响、冰晶暂堵压裂施工过程中煤层温度的分布及变化规律等问题展开研究,主要体现在以下几方面：1.冰晶暂堵压裂封堵能力测试装置的研制研制了冰晶暂堵压裂封堵能力测试装置,设计了“双腔室、双通道”结构的岩芯冻结单元,能模拟地层条件下的岩芯冻结过程及压裂液向裂缝壁面滤失的过程；对装置进行了静强度的分析,其设计满足国内外压力容器标准材料许用应力值选取方法和安全系数的要求,工作压力可达20MPa。2.冰晶对煤岩裂缝的封堵能力实验研究对冰晶的形成条件及封堵能力进行了测试,地层压力条件下冰晶形成的温度条件约为-4℃,冰晶对煤岩裂缝的封堵能力很强,利用冰晶实现暂堵理论上是可行的。3.低温对煤岩物理性质的影响研究测定了煤岩的线膨胀系数,研究了饱和煤岩抗张强度随温度的变化规律。在冰点以上,煤岩岩样的抗张强度随温度降低而降低；在冰点以下,煤岩岩样的抗张强度随温度降低而增大,且增幅趋缓；冰晶的形成增大了煤岩抗张强度的离散程度。4.低温对压裂的影响研究建立了考虑温度影响的地层破裂压力预测模型,考察了冰晶暂堵压裂工艺中冻结地层对地应力及破裂压力的影响,冻结地层对于降低地层主应力与破裂压力均有显著的效果。用三维增产措施模拟软件进行了数值模拟,分析了相同施工条件下,不同地层温度对压裂裂缝形态的影响,裂缝平均高度受冻结的影响最大,其次为次级裂缝长度、离散缝网裂缝长度、射孔孔眼处最大主裂缝宽度。5.冰晶暂堵压裂传热模型研究设计了液氮冷冻系统的物理模型,在此基础上,建立了考虑汽化热及相变引起氮物性参数变化的井筒温度场及氮与煤层的热交换模型,建立了相应的质量守恒方程与动量守恒方程。确定了模型的定解条件,明确了模型的求解方法。6.冰晶暂堵压裂动态模拟程序编制对冰晶暂堵压裂动态模拟程序进行了需求分析,自顶向下对程序进行了总体设计与详细设计,采用Visual Basic 6.0进行了程序编码与调试,能够完成“冰晶暂堵压裂冻结过程模拟”与“冰晶封堵及变化情况输出”的功能。7.冻结过程模拟与规律分析用编制的程序模拟了冰晶暂堵压裂施工中的地层冻结过程,研究了施工中煤层温度的分布及变化规律,得到了液氮用量、地层冻结时间、冻结半径等重要参数。冰晶暂堵的范围是有限的,冰晶暂堵压裂工艺用于转向压裂中效果更好。本文的研究证明冰晶暂堵压裂技术在理论上是可行的,部分研究结论对该工艺技术的设计与现场应用也有一定的指导作用。