磨料射流储层割缝提高低渗储层渗透率技术作为一种完井方法可代替常规射孔完井,前期的研究表明若将液氮与磨料射流掺混后进行割缝,则有助于提升割缝效率,增大渗流面积,减小油气流动阻力。因此,液氮磨料多相水射流储层割缝可为提高低渗储层渗透率提供一种新型技术解决方案。本文采用理论分析和数值模拟方法对其增渗机理进行研究,以期为该技术进一步发展提供指导。首先基于圆锥短直线型内流道喷嘴结构,以调制形成的射流轴线速度衰减最小为优化指标,对液氮磨料水射流的特性进行了数值模拟,发现掺混液氮后的射流,无论是液相还是固相,在射流轴线上的速度衰减均小于无液氮工况;本研究条件下,液氮最优掺混量为10%;割缝用磨料的最佳粒径为0.4 mm;割缝喷嘴的最优出口直径为6 mm。随后进行的液氮磨料多相水射流冲击破岩过程数值模拟表明:采用SPH-FEM耦合算法破岩过程进行数值计算,可确保网格不发生畸变且计算过程更加精确;在射流冲击作用下,岩石损伤的演化过程为:弹性形变→应力超过岩石的屈服强度后,发生塑性形变→剪应力进一步加剧后产生微裂纹→微裂纹扩展贯通,岩石强度大幅下降→形成宏观破碎坑;同等工况下,射流速度越大,岩石内部同一受力点处的剪应力与主应力越大,即破岩形成裂纹的效果越好,在液氮掺混量为10%,磨料粒径为0.4 mm条件下,最优磨料体积分数为3.5%。最后基于HJC动态本构模型构建了储层岩石裂缝扩展发育的数值计算模型并进行了模拟研究;氮相在割缝及裂缝扩展过程中为超临界态;考虑断裂韧性的非均质性,裂缝扩展呈现一条主裂缝、周围若干微裂缝的拓展模式;存在超临界氮时,单条主裂缝的造缝密集度提高了21.7%;计算了割缝过程中储层岩石的温度场及应力场分布,表明超临界氮的存在能够显著降低割缝周围岩石的温度,并产生可观的热应力;液氮磨料多相水射流割缝通过超临界氮压力传递作用、对岩石降温作用及热应力作用提高割缝岩石渗透率:超临界氮将射流压力垂直传递至裂缝边界,使应力波造缝时间增长,提高微裂缝密集度及贯通程度;岩石温度降低使岩石脆性增强、塑性降低,岩石的断裂韧性下降,从而增强了应力的造缝能力;岩石温度降低引起内部客观的热应力,使岩石处于“张紧”状态,张紧状态的岩石在应力波作用下更易形成微裂纹,从而提高储层渗透率。