化石燃料不断消耗带来了严重的环境和气候问题,为应对能源危机与全球变暖,清洁可再生的干热岩（HDR）型地热能逐渐受到广泛关注。传统干热岩增强型地热系统采用水作为工作流体采热,但存在水资源损耗巨大和循环泵送能量消耗大等缺点。利用CO₂作为替代采热流体的增强型地热系统（CO₂-EGS）具有耦合热提取与CO₂地质存储的潜力,而明确其中的热-流-固-化耦合机理是提高热提取率和实现CO₂地质存储的关键。本文利用自主研制的“KDQH-60型高温高压渗流系统”对裂隙花岗岩的渗流特性和超临界CO₂（SCCO₂）热提取率进行了研究,借助三维显微镜、CT扫描、扫描电镜、X射线衍射仪和离子色谱等观测和分析手段,从细观和微观尺度,对高温高压下花岗岩中热-流-固-化耦合效应进行了全面研究。主要研究成果如下:（1）测试了150°C-300°C高温下未注流体、注SCCO₂和交替注水-SCCO₂后花岗岩岩样的单轴强度与常温下单轴强度,分析了岩样破坏机理以及弹性模量随岩样温度和流体注入方式的变化规律。结果表明在未注流体、注入SCCO₂及水-SCCO₂交替注入后,岩样峰值强度与峰值应变随岩样温度的升高而减小。（2）测试了压力和温度影响下的岩样渗透率,结果显示渗透率随SCCO₂注入压力的提高而增大,但随围压、岩样温度和注入温度的提高而减小,据此给出了渗透率随围压、岩样温度、SCCO₂注入压力和注入温度变化的拟合公式。（3）考虑温度对岩体导热系数的影响,给出了裂隙岩样局部平均热交换系数计算公式。测试了高温高压下CO₂的热提取率,分别分析了围压、岩样温度、SCCO₂注入压力和注入温度对热提取率和局部平均热交换系数的影响,结果表明分别提高围压、岩样温度和注入温度后,裂隙局部平均热交换系数和净热提取率均降低,而提高注入压力则相反。（4）对比分析了含与不含支撑剂下岩样渗透率随交替注入循环的变化规律,结果表明两种情况下渗透率均随注入循环的增加而降低,但加支撑剂后渗透率没有数量级的变化,降低幅度远小于不加支撑剂。不加支撑剂时,渗透率初期降低速率大,曲线呈现阶段性剧烈-缓-快-缓的变化趋势。加支撑剂后改变了裂隙表面接触形式,初期渗透率缓慢降低,当裂隙面与支撑剂接触的矿物颗粒发生压力溶解后,渗透率产生小幅降低。（5）对水-SCCO₂交替循环注入后裂隙表面细观和微观形貌进行了观测,分析了裂隙水样中矿物离子含量和裂隙表面矿物成分变化,揭示了THMC耦合作用下裂隙表面矿物溶解与沉淀形式。结果显示裂隙表面长石溶解后,生成簇粒状和棒状方解石、块状白云石等碳存储矿物及针簇状钙沸石、片状伊利石和毛球鳞片状蒙脱石。通过质量守恒和溶液电荷平衡原理,计算得到热提取过程CO₂存储率为0.0554%。（6）依据热多孔弹性理论,建立了热膨胀（冷缩）下的应力场模型、储层矿物溶解与沉淀反应模型和渗透率演化模型,并以此建立CO₂-H₂O两相流THMC耦合模型。利用该模型分析了SCCO₂注入压力和注入温度对热提取和CO₂存储的影响以及储层地质液体离子浓度变化。结果表明提高注入压力有利于热提取,但缩短了储层生产寿命,较低的注入压力会产生较高的CO₂存储率。提高注入温度有利于延长储层生产寿命,但不利于热提取且会减少CO₂存储率。该论文有图125幅,表28个,参考文献168篇。