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温室气体排放所导致的全球气候变暖已经给人类社会的生产和生活造成了重要的影响。二氧化碳(CO2)是温室气体的主要成分,CO2的减排对于缓解温室效应具有重要意义。CO2地下咸水层封存被认为是CO2减排的重要途径之一,得到了世界各国和科研机构的关注。CO2在地下咸水层的封存受到诸多因素(如地层物性参数、孔隙结构等)的影响,是复杂的水文地质过程。数值模拟有利于形成对多孔介质内CO2-盐水多相渗流规律的本质理解,是有效评价咸水层CO2封存能力及安全性的重要依据。本文基于全异质性的CO2/盐水多相渗流模型,以美国伊利诺伊州Mt.Simon地层的砂岩为实例,数值建模了CO2在多孔介质内的局部封存,模拟结果表明:1)在CO2驱替盐水过程中,CO2在岩心内部低渗透的致密层前出现了明显的局部累积,低渗层的高毛细管进入压力是导致CO2局部封存的主控因素,尽管不能引起CO2的局部累积,低渗层的渗透率对CO2饱和度的空间分布仍有重要影响;2)低渗致密层的形状能影响CO2羽的运移路径,相比于规则形状的情况,不规则形状的低渗致密层前CO2饱和度分布较均匀,致密层对CO2饱和度局部变化幅度影响降低但影响的空间范围增加。此外,基于储层岩石的实测物性参数,通过建立小尺度高随机性的全异质多孔介质模型,本文也数值分析了随机异质性对CO2运移的影响规律,结果显示渗透率的各向异性和非均质性空间分布都会影响CO2-盐水的多相流动规律,且CO2注入速度越高,多孔介质内CO2的饱和度越高。除了岩石物性参数,CO2-盐水间的化学反应也会对CO2的局部封存产生影响。本文数值建模了CO2-盐水之间的相分离平衡过程对CO2局部封存的影响,结果表明CO2和盐水间的平衡相分离将会引起固体盐的沉淀,CO2的局部累积和运移规律发生改变,盐度的增大会引起系统中更易发生盐析现象,但由于较高的盐度会使盐水中CO2的溶解度减小,因此CO2的局部累积量不会有显著的增长。