CO2咸水层封存作为储存潜力最大的一种地质封存方式,能够最有效的减排CO2,缓解温室效应带来的全球变暖问题。咸水层的相关骨架特性、多孔介质内传热及运移特性、C02-岩石-水的相互耦合作用机理等是C02咸水层封存亟需解决的关键科学问题,开展实验室尺度多孔介质内多相渗流的研究,对CO2咸水层封存具有重要意义。本文利用核磁共振成像技术和X射线CT技术定量测量了多孔介质的骨架结构参数；研究了多孔介质内部单相流、多相流的渗流规律,阐明了CO2的注入方式、温度及压力等对地层水驱替过程的影响；确定了纯水及饱和水多孔介质内的温度分布特性。研究成果可为优选CO2咸水层封存场地、CO2的注入方式以及把握CO2在咸水层中的运移与分布规律提供依据。具体研究内容如下：设计并搭建了核磁共振成像实验研究平台,测量并获得了多孔介质平均孔隙度及径向局部孔隙度。玻璃砂填充的多孔介质样品,其孔隙度分布受填充方式和粒径影响而不均匀。基于传统的经验公式,获得了绝对渗透率。不同的经验公式适用不同粒径的多孔介质。建立了X射线CT成像实验研究平台,测量并获得了局部孔隙度和渗透率,结合K-C模型获得多孔介质三维的渗透率图像,结果显示渗透率受微观效应的影响,存在突变部分。开发了多孔介质内流体温度分布的测量方法,研究了纯水及多孔介质内饱和水的温度分布特性。利用自旋回波序列,获得了多孔介质内流体冷却过程中的温度分布图,温度分辨率达到了0.25℃。研究了不同注入流量下多孔介质内单相流体的二维和三维速度分布图。阐释了孔隙度的不均匀性与速度分布不均匀性的相关性：孔隙大的区域速度大,孔隙中心的速度最大,孔隙周边存在部分逆流。研究了多孔介质内CO2驱替水过程,阐明了多相流体在多孔介质内的运移特性。研究表明CO2驱替地层水过程受注入流量、压力和温度影响,前沿形状、两相饱和度和速度分布不同。随着注入流量、压力和温度的增大,残余水饱和度减小。分析了毛细管数对驱替过程及残余水饱和度的影响。毛细管数越大,驱替界面越平缓且残余水饱和度先增加后减小。建立了基于两相饱和度和速度分布曲线的相对渗透率的计算方法,定量地描述了岩石和流体间相互作用机理,获取了相对渗透率曲线。测量的结果与稳态法及计算模型得到的曲线吻合,为多孔介质内气水两相流相对渗透率提供了一种快速的测量方法。