煤层气开采过程需克服煤储层极低的渗透性,而液氮处理技术是解决该问题的有效方法之一。本文通过三维X射线微CT技术,研究了孔隙尺度下烟煤低温液氮压裂过程。μ-CT结果表明,经液氮处理的煤层煤岩孔隙度增加11%以上,且能够从先存割理裂隙中产生更宽的裂缝。这些图像还表明,在低温处理后,原本孤立的孔隙和微裂隙与裂隙网络建立起连接,从而增加了孔隙网络的连通性。此外,冷冻样品的SEM图像表明具有持续有效导流能力的裂缝的最大孔径为9μm。通过纳米压痕技术对岩石力学性质分析表明,由于破碎岩石压缩系数增加,压痕模量降低了25%。作为压裂处理的主要目的,对煤的渗透率演化进行了数值和实验研究。μ-CT图像的晶格玻尔兹曼模拟表明,经处理的煤岩渗透率增大两倍。此外,岩心驱替实验结果表明,液氮处理后的煤岩渗透率增加了2.5倍。本研究可以直观地了解与煤的液氮处理相关的压裂机理,定量研究岩石的孔隙结构和渗透率演化规律。