二氧化碳地质封存技术已经证明是减缓大气CO2排放的有效手段。在CO2注入地下的过程中,会发生一系列地球化学反应和CO2-水-岩相互作用。这些作用过程会影响CO2封存的有效性、安全性等方面。本文着重研究了三方面CO2-水-岩相互作用过程:超临界CO2对页岩为代表的盖层有机质的萃取作用;地层水中硫酸根离子和镁离子对CO2注入腐蚀水泥过程结果的影响;温度、压力及作用时间对CO2-地层水-砂岩相互作用的影响。本论文针对以上三方面研究内容进行了三方面实验:(1)使用不同含水量的超临界CO2与页岩反应,得到含水量对超临界CO2对页岩有机碳的萃取量的影响;(2)使用含有硫酸根离子和(或)镁离子的合成地层水分别与CO2和水泥进行高温高压和高温常压作用对比实验,通过SEM、XRD等分析作用过程产物和水泥腐蚀速率的差异;(3)不同条件下进行CO2-地层水、CO2-地层水-砂岩相互作用实验,获得温度、压力、作用时间等条件对CO2溶解度、CO2-水-砂岩作用过程和对岩石表面浸润性的影响。实验研究结果表明:(1)水岩体系中不同含水量对超临界CO2萃取页岩有机碳能力有影响,其中少量含水的体系CO2萃取能力显著;(2)硫酸根离子存在条件下会对水泥形成保护作用,原因是较低的pH值导致水泥表面形成了石膏沉淀,阻止了CO2和地层水的进一步腐蚀,而镁离子没有类似明显的作用影响;(3)温度、压力、时间对CO2-砂岩相互作用有不同的影响,温度会降低CO2在地层水中的溶解度,而压力会增加其溶解度,温度会加速CO2-水-砂岩相互作用进程,CO2压力增加会降低溶液pH值,从而影响反应,而砂岩润湿性随时间呈现先减小后增大的结果。