注入二氧化碳提高油气采收率的同时进行地质封存,不但能实现废气的有效利用,同时也能缓解大气温室效应,是目前石油行业减排的有效措施。二氧化碳地质封存虽然有诸多益处,但其泄漏的风险及泄漏产生的危害也不容忽视。本文针对二氧化碳封存系统完整性及其泄漏情况进行相关研究,旨在为二氧化碳的地质封存提供支持。封存系统包括井筒体系和储层-盖层体系,其完整性对保证二氧化碳长期、安全封存至关重要。一般而言,在二氧化碳注入-运移-封存的各个阶段,封存系统在多种因素作用下其完整性逐渐降低,但也存在与常规认识相反的现象,即在某些条件下二氧化碳的存在能够使得封存系统完整性得到一定程度增加,称之为完整性自愈现象,如二氧化碳化学反应诱导含裂缝井筒水泥渗透率自愈、岩石蠕变弥补水泥裂缝自愈等,尽管自愈对封存体系完整性的恢复很小,但对封存而言的确降低了泄漏风险。通过对二氧化碳封存过程中井筒-储层-盖层封存系统的基础分析,本文在以下几个方面进行了深入研究,其一是对封存系统中井筒水泥力学性能自愈问题的研究,在明确一定条件下二氧化碳对井筒水泥渗透性能有自愈的情况下,自行设计二氧化碳环境下含裂缝水泥力学性能自愈的模拟实验,通过对比实验结果明确了在一定条件下二氧化碳对含裂缝井筒水泥力学性能有一定程度的自愈作用;其二是注入-运移阶段二氧化碳对储层-盖层体系的影响研究,以储层-盖层体系完整性为研究对象,在地质力学影响和地球化学影响两个方面对其进行评价,结果表明,无论注入何种相态的二氧化碳都将对储层-盖层体系产生力学破坏行为,并发生气-水-岩地球化学反应,打破原有地质系统岩石组分,影响储层-盖层体系完整性;其三是封存系统中二氧化碳的泄漏研究,通过TOUGHREACT软件建立场地规模的模型,基于理论泄漏风险分析研究封存系统中二氧化碳的盖层渗漏、断层和裂缝泄漏以及井筒泄漏等,模拟结果表明二氧化碳的泄漏与封存区域渗透性密切相关,且不同形式泄漏之间互相影响,因此在实际封存过程中要综合考虑和分析各项因素。通过实验和数值模拟相结合的方法完成了既定目标,深入揭示二氧化碳地质封存中井筒体系和储层-盖层体系完整性演化规律和二氧化碳泄漏规律,研究成果将在一定程度上为二氧化碳地质封存技术提供依据,为其现场应用提供技术支持。