世界能源短缺形势严峻,常规油气资源已无法满足国内需求,而我国页岩气资源量丰富,页岩气的大规模有效开发能够有效地缓解能源紧张局面。水力压裂作为有效的增产措施,在页岩气开采中得到了广泛的应用。然而随着水力压裂在非常规气藏中的应用,大规模压裂施工作业使得水资源紧缺问题和环境污染问题日益突出,且部分区域水力压裂效果不理想,寻找新的压裂工艺和方法势在必行。液氮具有来源广泛、成本相对低廉等特点,有可能成为新的页岩体积压裂新技术。因此,开展超低温液氮冲击下页岩压裂模拟研究,探讨液氮辅助页岩体积压裂的可行性,对我国页岩气开发具有重要指导意义。本文针对超低温液氮冲击下页岩体积压裂的可行性,从液氮的物理特性以及页岩可压性入手,建立起液氮冷冲击真三轴压裂模拟实验系统,并开展了压裂模拟实验。分析了超低温条件下页岩的可压性,及人工岩样和天然页岩在液氮冷冲击作用前后压裂时裸眼段长度、排量、应力差、层理发育程度等因素的影响规律。并在此基础上,利用分形理论统计压裂前后裂缝数量,建立了液氮造缝能力的评价标准。研究结果表明:经过液氮冷冲击作用后,页岩的脆性降低,裂隙发育程度增加,水平应力差异系数减小,裂缝扩展阻力减小,弱面力学性能弱化,储层的可压性增强。因此认为液氮冷冲击作用岩样后,有增加储层可压性的潜力。对人工岩样和页岩液氮冷冲击前后的压裂模拟实验结果显示,与常规压裂时应力差、排量对压裂效果的影响异常显著相比,人工岩心在经液氮冷冲击后,岩心的含水饱和度成为最大的影响因素。证明液氮作用时岩心内部水的冻胀力作用不容忽视,是重要作用因素之一。在液氮冷冲击作用前后,应力差与压裂液排量的作用规律没有变化。岩心的起裂压力随应力差的增加而降低,随排量的增大而增大。液氮的冲击作用在初期的确提高了页岩岩芯的脆性,更易起裂;但在后期发现页岩岩芯的脆性下降,塑性变相得到加强。在各试验因素一致的前提下,液氮冷冲击作用前后,破裂压力的下降幅度基本在30%-50%,且岩心渗透性极大提升,证明液氮冲击作用效果明显。利用分形理论盒维数法研究试样压裂后裂缝的分布问题,采用各端面维数D之和相加分级的方法,建立了液氮造缝能力的评价标准。结果表明:D的和值越大,压裂后岩样的裂缝效果更佳。