CO2地质封存已经成为大规模CO2减排的重要手段。长期封存的安全性和可靠性是CO2地质封存得以推广和延续的重要基础;其中，盖层的封闭性能评价是场地筛选和安全性评价的关键指标之一。掌握CO2从储层进入盖层，并在盖层中迁移-泄漏的机理与过程，将会有助于开展盖层封闭性能评价及为CO2泄漏的预防和治理提供更可靠的依据。本研究主要采用室内试验和数值模拟的方法，进行了岩心尺度突破压室内测试，开展了场地尺度的CO2在盖层中迁移-泄漏过程的数值模拟研究，研究了CO2在非均质盖层内的迁移形态与泄漏规律，在此基础上探究了储层压力变化对CO2泄漏的影响，并为工程泄漏风险预测和防治提出了建议。具体的研究内容如下:　　研发了一套集合分步法、连续法和脉冲法多种方法的突破压测试仪，适合多种岩性、较大突破压变化范围的突破压测试;对脉冲法进行了改进，实现了在一次试验过程中测得岩样表面的进气值、岩样突破压以及水驱气过程的毛管压力Psnap-off。使用该突破压测试仪和改进脉冲法对位于鄂尔多斯盆地内的神华CO2捕集与地质封存示范工程的四组泥岩地层岩样进行了突破压测试，为盖层封闭性能评价和后续的数值模拟研究提供了可靠地参数取值依据。　　根据露头岩石的统计参数和随机场理论，结合本研究中泥岩突破压测试结果，考虑孔隙度、渗透率和突破压的非均质性，建立了三种盖层模型:均质模型、非层状非均质模型和层状非均质模型。从孔隙度和渗透率的角度出发，非均质模型中与均质模型相比具有明显的“高渗区域”和“低渗区域”;在三种盖层地质模型中，非层状非均质模型内部的垂向连通性最好，而层状非均质模型内部的垂向连通性最差。　　基于前文中建立的三种盖层模型，利用TOUGH2对CO2在盖层中的迁移-泄漏过程进行了数值模拟研究。数值模拟结果发现:首先，CO2在地层中优先进入孔隙度和渗透率较大、突破压较小的孔隙，故其分布规律与孔隙度、渗透率相同，与突破压相反;其次，非层状非均质性将会促进CO2沿垂直方向上的迁移，而层状非均质性将会阻碍CO2沿垂直方向上的迁移;此外，层状非均质性将会大幅降低CO2穿透盖层发生的泄漏速率。　　在层状非均质盖层模型的基础上，利用TOUGH2数值模拟研究了储层压力变化对CO2泄漏的影响。数值模拟结果发现，储盖层的压力差和盖层属性决定了CO2是否发生泄漏;其次，相同盖层属性与储盖层压力差的条件下，储层埋深越大CO2质量泄漏量也越大;此外，如果CO2在储层压力开始衰减之前发生泄漏，其泄漏速率将会迅速增加。随着CO2注入的停止，CO2泄漏速率也会随之衰减，并最终衰减为零。储层压力的变化对CO2泄漏的演化规律起着非常重要的作用，应当避免注入过程中储层压力的过快积聚，并加快停止注入后储层压力的衰减。储层压力管理（例如:注采井群）的设计是实现上述目标的重要手段和大规模CO2注入的必须手段。