全球碳循环过程中,CO₂与烃类气作为其核心载体,是有机碳与无机碳转换的关键节点,广泛分布于地层、大气及生物体内。在地层条件下,除已形成的CO₂与烃类气气藏外,更多CO₂与烃类气以水溶相存在于地层水中,并随地层水在地层中运移。此外,在天然气藏开发及地质碳封存研究中,CO₂与烃类气在地层水中的溶解度对天然气藏地质储量和CO₂地质封存丰度评估不可或缺。因此,CO₂与烃类气在地层水中溶解、出溶随温压变化规律是天然气藏运移成藏、开发及地质碳封存研究的重要基础。本次研究通过自主设计,开发了“高温高压多相综合测试仪”和“高温高压流体溶解度综合测试仪”,设备极限温压条件为0²00℃、0²00MPa,数据采集最小周期0.5s/次,满足了地层温压条件测试需求。由于烃类气主要成分为CH₄,为探索其基本规律,故以CH₄代替烃类气开展相关实验,后续工作中将进一步探讨不同烃类气组分对其溶解出溶规律的影响。本次研究开展了40²00℃、5²00MPa温压范围内CO₂与CH₄单相、混相在纯水和地层水中溶解、出溶试验。为了更好的理解、解释CO₂与CH₄溶解出溶规律与机理,在溶解出溶实验之前进行了不同温压条件下CO₂与CH₄流体性质和相态试验。通过994次试验测试,得到相态、流体性质实验数据点6116个,溶解、出溶1692个实验数据,试验结果显示,CO₂与CH₄溶解出溶规律取决于其流体性质随温压变化规律,而流体性质受控于相态分布。最后,以莺歌海盆地与塔里木盆地天然气藏为例,探讨了CO₂与CH₄流体性质、相态、溶解出溶随地层温压变化规律在天然气成藏、开发及CO₂地质封存研究中的应用。主要的结论和认识如下:（1）CO₂、CH₄、CO₂+CH₄密度随压力增加而增加,随温度增加而减小,低压时压力对密度影响较温度大,高压时温度对密度影响更大。CO₂、CH₄、CO₂+CH₄体积偏差因子随压力增加先减小后增加,中低压区间体积偏差因子随温度增加而增加,高压区域体积偏差因子随温度增加而减小。CO₂、CH₄、CO₂+CH₄体积系数、压缩系数随压力增加而单调递减,随温度增加而增加,高压环境下,温度几乎不再影响体积系数和压缩系数。CO₂+CH₄混相流体性质随温压变化规律与其单相一致,且混相流体性质参数值位于单相流体性质参数所确定的区间内。随混相中CH₄组分摩尔分数增加,CO₂+CH₄各性质向CH₄流体性质靠拢,相反,则向CO₂靠拢。（2）修正了CO₂与CH₄现有相图分布,将原“超临界态”细分为临界区和超临界态,气-临界区相变线由恒温线修正为P-T曲线,增加临界区-超临界态相变线。本次实验温压范围内,CO₂相态包括:气态、液态、超临界态、气-液混相和临界区;CH₄相态为气态、超临界态和临界区;CO₂+CH₄相态最为复杂,其相态有:气态、液态、超临界态、气-液混相、临界区、气-液-超临界混相、液-超临界混相。（3）临界温度之上,由于超临界态流体性质更接近于气态,CO₂与CH₄P-V曲线由分段函数转变为连续函数。上、下临界线数学模型显示,0²00℃温度范围内,CO₂、CH₄上、下临界线呈发散状,临界区范围不断扩大。高温高压条件下,分压定理不再适用,CO₂+CH₄临界区、超临界态全压定理计算结果与混相实测数据具有更高的契合度（偏差小于5%,主要偏差小于3%）,适用于混相相态分析。（4）CO₂与CH₄在纯水中溶解时,溶解度随压力增加而增大,随温度增加,溶解度先减小后增大。由于化学平衡与分子极性的存在,CO₂在纯水溶解度远大于CH₄,多数情况下CO₂溶解度为相同条件下CH₄的5¹0倍,低温、中低压时,纯水中CO₂溶解度是CH₄的10²0倍。CO₂与CH₄在地层水中溶解规律与纯水中相同,但其在地层水中溶解度比纯水中低2⁷%。与CH₄相比,地层水中H⁺、OH^-、Ca²⁺、Mg²⁺等离子对CO₂溶解度影响明显。（5）CH₄+CO₂在纯水中溶解度实验结果揭示:（1）当CO₂进入临界区、超临界区时,由于CO₂对CH₄的萃取作用,混相中CO₂摩尔分数高于8%后,CH₄不再溶于水中。（2）当CH₄溶解平衡后再溶解CO₂,CO₂还可溶于水中,但CO₂溶解平衡后CH₄不再溶于水中。（3）随温压增加,各组分溶解度增大,混相中CO₂溶解度始终低于纯组分时溶解度,然而,在特定温压区间,混相中CH₄组分溶解度高于其单相溶解时的溶解度。（4）CH₄+CO₂在地层水中溶解规律与纯水中一致,但地层水中溶解度比其在纯水中低4%左右（90℃、60MPa）,同时,混相条件下CO₂组分溶解度受地层水影响波动大于CH₄。（5）高温高压条件下,不论是CO₂还是CH₄,饱和蒸气压对溶解度的影响是不能忽略的。（6）地层条件下,CO₂溶解规律转折深度在3000m附近,CH₄溶解转折深度为2500m,深度小于2000m时,CH₄溶解度变化很小,深度大于2500m后,其溶解度快速增加。地温梯度一定时,地压梯度越大,CO₂与CH₄溶解度越高。地压梯度相同时,深度小于<2000m时,CO₂溶解度随地温梯度增加而减小,CH₄溶解度几乎不受温度梯度影响;深部地层中,CO₂与CH₄溶解度随地温梯度增加而增大。（7）不论纯水中还是地层水中出溶,CO₂与CH₄出溶量受初始温压条件、出溶压差、出溶温差决定。初始条件相同,压差越大,出溶量越大;温差越大,CO₂与CH₄出溶量先增大后减小。初始温压条件、温差、压差相同时,CO₂出溶量是CH₄的2⁵倍。压力高于90MPa时,随压差增大,CO₂出溶量增加缓慢,压力低于90MPa后,随压差增大,CO₂出溶量快速增大,且温度越高,CO₂出溶量变化越大。对CH₄而言,其出溶转折压力在140MPa附近,与CO₂相比,温差对CH₄出溶量影响较小。CO₂、CH₄在地层水中出溶规律与其在纯水中出溶一致,但是,CO₂地层水中出溶时,其出溶量还受地层水中HCO₃^-等影响。（8）混相出溶时,CO₂较CH₄先出溶,压力低于60MPa后,CH₄开始出溶,随压力降低,其出溶量快速增加。混相初始温度低于100℃、压力高于20MPa时,温压对CO₂组分出溶量影响较小,低于20MPa后,其影响开始增大;初始温度高于100℃时,不论高压、低压,温差、压差对其出溶量影响明显。压力高于20MPa时,CO₂组分出溶量随压差和温差增大而缓慢增加,当压力低于20MPa后,CO₂组分出溶量快速增大。（9）CO₂与CH₄相态、流体性质、溶解出溶规律在天然气藏勘探、开发和CO₂地质封存研究中应用前景广泛。（1）莺歌海盆地DF1-1构造烃类气运移初始阶段相态为水溶相+游离相;压差作用下水溶相与游离相渗流作用是最重要的运移方式,其成藏模式为游离气+出溶气。（2）莺歌海盆地天然气藏存在烃类气单独成藏（伴随少量有机成因CO₂）、先烃类气后CO₂充注成藏和CO₂+烃类气混相出溶成藏三种成藏模式。先烃类气而后CO₂充注成藏为主,烃类气单独成藏次之,混相出溶相成藏对较少。（3）YKL凝析气藏下气层地层水中可动天然气储量27.0538×10⁸m³,占其现有储量评估值的32%,YKL凝析气藏边底水中储存有丰富的烃类气。（4）低温高压地层环境中利用CO₂驱替提高天然气采收率是可行的。（5）CO₂地质封存研究中,CO₂流体性质、地层水中溶解度等参数是评估地层封存CO₂丰度的关键指标。