CO2地质封存是实现大规模碳减排、应对气候变化最具潜力的技术之一，该技术的成功实施要求确保注入过程中场地的安全稳定性。为了避免注入过程中发生地层岩石破坏、失稳等安全事故，实践上常常需要获取地层破裂压力等数据，并以此设计安全保护注入压力。工程上最常用的是水压致裂法来获取地层破裂压力，但这个值可能与实际注入CO2时的破裂压力值存在较大差异，可能的原因包括:(1)CO2可能与地层岩石发生物理化学作用，改变其抗拉强度;(2)CO2会驱替地层中的水，形成CO2-水两相孔流状态，使地层有效应力场分布变得复杂;(3)CO2的粘度低于水，同等注入条件下，入渗地层产生的渗透力与水不等，而渗透力可促使地层破裂。因此，研究注入CO2条件下的地层岩石的破裂特征与破裂压力具有较大实用价值。此外，现场水压致裂测试费用较高，一般仅用于获取代表性地层的破裂压数据，为得到更多地层的数据，可以借助数学模型估算。获得地层破裂压力后，还需要以此为基础，设计和反算出井口最大允许注入压力，以此间接控制井底压力，确保场地稳定性，这就需要合适的井筒压力计算模型。　　针对以上需求背景，本文基于自主开发的厚壁圆筒式两相流体致裂仪，首先就上述3点注CO2与注水致裂地层的差异进行了相应的试验研究，根据所得到的实验结论，推导了注CO2地层破裂压预测模型，提出了将水压致裂数据快速修正为注CO2时地层破裂压力的方法，还提出了注采井井口井底压力计算的统一模型。本文的研究工作包括:　　(1)研发了厚壁圆筒式两相流体致裂试验系统。相对于传统的厚壁圆筒试验仪，增加了两相流体系统，实现了试样环壁内CO2-水两相流体压力的施加，以及各相分压、饱和度的精确控制。测试了装置的密封性能，表明其密封性良好。分别在无围压和有围压条件下测试了致裂数据的重复性，表明数据重复性良好，并且发现围压的施加能够减小数据的离散性。　　(2)开展了CO2/水对砂岩拉破坏短期影响的试验研究。分别在三种有效围压水平上测试了砂岩试样在干燥、干燥饱和CO2、水饱和、湿润饱和CO2孔流条件下的致裂压力。通过在同一有效围压水平上对比不同孔流状态试样的有效致裂压力分析了CO2和水对拉破坏的影响，结果表明，水会轻微弱化砂岩的抗拉强度，而CO2在有水或无水条件下都不会对砂岩抗拉强度产生明显的影响。　　(3)开展了CO2-水两相流体下砂岩拉破坏试验研究。首先进行了半透隔板法CO2驱水试验，以形成特定分压及饱和度的CO2-水两相渗流，随后测试了试样在该渗流条件下的致裂压力。然后，为研究致裂压力与有效围压的关系，进行了不同有效围压下含单相水试样致裂试验。联立该拟合函数和7种非饱和介质有效应力模型得到相应的7两相致裂压预测模型。最后，通过比较各预测模型结果与两相致裂数据，间接评价了这7种非饱和介质有效应力模型对于CO2-水两相孔流下有效应力描述的适用性。结果表明，1961年由Bishop提出的非饱和介质有效应力模型在本试验条件下可直接作为CO2-水两相有效应力模型使用。　　(4)开展了CO2/水入渗及加压速率对砂岩致裂压影响的试验研究。测试了多组加压速率下CO2、水分别入渗致裂试样的致裂压，结果表明，致裂压力随加压速率的增加先快速的增加，而后趋于稳定;相同加压速率下，CO2致裂试样的压力低于水。基于试样破坏由微裂隙尖端裂纹扩展启动的假设，推导了厚壁圆筒试样入渗致裂压预测模型。对比模型与试验结果，发现两者呈现出的加压速率、流体粘度对的致裂压影响规律一致，故基于模型的表达式，推测加压速率和流体粘度是通过改变流体入渗时岩石所受孔压及渗透力来影响致裂压力。　　(5)基于(2)、(3)、(4)工作的结论和认识，推导了注CO2条件下地层破裂压预测模型，并对模型进行了参数敏感性分析。结果表明，破裂压与岩石内预先存在的裂缝长度、加压速率、流体粘度呈正相关关系，而与地层渗透率负相关。定义了注水破裂压修正为注CO2破裂压的折减系数，并对其进行了影响因素分析，结果表明，折减系数与裂缝长度、加压速率呈负相关关系，与地层渗透率正相关，其受地层岩石抗拉强度变化的影响可以忽略。以神华CO2地质封存项目为背景，提供了折减系数的参考取值表，建议的取值范围为0.756～1。基于对折减系数的理解，建议以尽量小的加压速率实施水压致裂，可使测得的值更接近注CO2时的地层破裂压力。　　(6)推导了注采井井口井底压力的统一计算模型。通过模型与数值法的对比验算以及井口井底压力正反验算验证了模型的可靠性。分析了地温梯度、注入流体温度、注采流量、井筒传热、加速度项和摩阻项对井筒压力的影响，结果表明，地温梯度、注入流体温度对井筒压力的影响程度取决于井筒流量;注入井井口压力计算随流量的增大先减小后增大，而井底压力计算随流量增加先增大后减小，生产井则与之相反;当流量小于3.5kg/s时，井筒传热是井底压力的主要影响因素，当流量大于3.5 kg/s时，井底压力主要受摩擦阻力的影响，流体加速度项对井底压力的影响可以忽略。