二氧化碳（CO₂）地质封存（CCS）目前是被看作一种用来控制温室气体行之有效的技术手段。但由于单纯的CO₂地质储存成本高昂,能耗较大,无法长期有效开展。因此,人们更多的将目光从CCS转为CCUS,即CO₂捕获,利用与封存一系列过程,在原有CCS工程的基础上增加了利用的环节,利用CO₂开展地质工程,同时实现CO₂的利用和封存。在众多的CCUS技术当中,CO₂增强型煤层气开采（CO₂-ECBM）越来越受到人们的重视。所谓CO₂-ECBM,是指向煤层中注入CO₂,利用CO₂在煤层中可吸附性强于甲烷（CH4）,使得吸附在煤层表面的CH4气体从吸附态转为游离态,在增加煤层气采收率的基础上同时实现CO₂地质储存。由于煤层一般埋深较浅,为提高采收率多采用水平井,CO₂以液相形式注入,在注入过程中,特别是在井筒内受到围岩的热传递,极易发生相态变化。由于CO₂气液两相密度差极大,相态转化所影响的不只是局部区域,而是会波及很远,局部的相态转化可能就会带来整个井筒内温度和压力分布的重构,继而造成其他区域的相态转化,可谓“牵一发而动全身”。相变过程影响井底和储层的温度、压力,进而影响CO₂的注入能力和开采效率。而且,在已开采的油气储层里有着大量的废弃井,废弃井的密封性不得而知,可能成为CO₂泄漏的潜在路径,且由于井筒内流速较快,可能成为其泄漏的主要途径,对周围环境危害较大。本文以山西柳林山西组煤层为目标层位,采用场地试验、程序开发与数值模拟相结合的手段。开发低温CO₂多相注入井筒储层耦合模拟程序。模拟CO₂在井筒中的相变过程,储层中与甲烷的多相渗流、竞争吸附、以及吸附导致的孔渗改变。将程序应用于场地试验,与试验中注入井和监测井实测数据进行拟合,以验证程序开发以及模型建立的可靠性。继而分析多组分系统在储层内的多相渗流及竞争吸附过程,以及在井筒内部的相态变化过程。最后推导三相漂移流模型,并通过解析解验证。分析CO₂沿井筒泄漏途径上可能出现的相态变化及其影响因素。本此研究涉及到地质学、水文地质学、物理化学、流体力学、计算机等多学科理论知识,综合运用多种研究方法相互结合验证。分析了CO₂-ECBM工程中的多相渗流、竞争吸附、孔渗变化。以及在注入和泄漏过程中出现的相态变化。今后CO₂-ECBM工程提供科学依据和技术支撑。