二氧化碳地质封存（CSS）作为一项减小温室气体效应的有效措施,在降低二氧化碳排量的同时也会引发地应力变化和地层变形等地质效应,如果控制不当还会诱发CO2窜流甚至泄露等灾害。本文以某实际油田的二氧化碳驱油项目为背景,以室内实验、理论建模和数值模拟相结合的研究方法,从细观角度分析了碳酸盐岩在三向受压下的破裂情况,同时考虑渗流与应力之间的相互作用,利用Abaqus/CAE的子程序功能,通过数值模拟研究了二氧化碳在地质封存中的地应力、储层位移、孔隙压力和渗透性等参数的演化情况,并且分析了不同注入压力和地层压力对地层变形、二氧化碳窜流以及注入气体在储层中发生泄露可能性的影响,为提高二氧化碳的地质封存效率及工程实施的安全性提供理论参考。论文主要内容包括以下部分:①通过室内岩石力学实验,测定了取自该实际油田的一组碳酸盐岩样的孔隙度、渗透率、抗压强度等一系列宏观参数。结果发现,碳酸盐岩具有较高的致密性和强度特性,是封存CO2的优良场所。②利用PFC颗粒流数值模拟软件,结合离散元理论,详细研究了各个细观参数对宏观力学参数的影响,并选取典型的43#碳酸盐岩,结合其渗透率、孔隙度、抗压强度、内摩擦角、孔隙度和应力-应变曲线等室内实验结果,得出了一套能正确反映该岩样本构关系的细观参数。在此基础之上,完成了碳酸盐岩在三轴压缩下的数值模拟,从细观角度分析了碳酸盐岩在三轴压缩过程中的破坏过程以及应力、应变分布。结果发现,三向受压的状态下,碳酸盐岩主要发生剪切破坏,宏观剪切带主要发生在岩石顶部,该部位也是应力和应变分布最大的区域。③阐明了二氧化碳地质封存所涉及的渗流机理,以及二氧化碳地质封存的数学模型。建立了一个简单的储层模型,分别计算了考虑渗流-应力耦合模型与一般刚性模型下的二氧化碳封存,并就地应力、位移、孔隙压力、孔隙度和渗透速率等计算结果进行了对比。结果发现,受耦合作用影响下的储层渗透率、渗透速率和孔隙度等具有更高的应力敏感性,尤其是高压注入的作用下,这种现象将更加明显,因此在CO2封存的实际计算中有必要考虑耦合作用的影响。④完成了基于渗流-应力耦合作用下的二氧化碳封存数值模拟计算。首先,利用Petrel建立起该实际油田相关的地质模型,并将其转换为有限元模型,导入Abaqus/CAE中进行计算。此后,进行了储层地质模型的地应力平衡,完成了注气封存过程的数值模拟,从定量与定性两个方面给出了相关结论。最后,分析了不同注入压力和地层压力对封存结果的影响。结果发现,封存过程中,储层的岩石物理特性将发生变化,这一点有可能导致岩石发生损坏从而诱发C02泄露。注入压力越大,储层渗透率改变越明显,地层隆起变形越大。因此,在封存过程中应合理控制注气压力。地层变形与地层初始孔压呈负相关,由于地层压力随储层深度的增加而增加,因此,在CO2封存时,在经济条件允许的前提下,保证储层的深度可以有效的减小对地层的破坏,保证CO2封存的安全性。