二氧化碳压裂是一种可高效开发页岩气等非常规油气藏的新型无水压裂技术。针对二氧化碳压裂过程中的流体流动传热与岩石破坏等关键问题,本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对二氧化碳压裂过程中井筒和裂缝内的流动传热规律以及岩石损伤特性开展研究,主要研究工作和成果如下:1.模拟计算了液态-超临界二氧化碳在圆管中的流动摩阻压降,对比研究了二氧化碳管流特性以及压力和温度对其流动摩阻的影响规律等。结果表明:二氧化碳流动摩阻遵循Darcy-Weisbach方程,基于清水管流建立的摩阻系数经验公式能够较好地预测二氧化碳的流动摩阻。高雷诺数下,压力和温度对二氧化碳的摩阻系数影响很小,但可以显著改变二氧化碳的摩阻压耗。在恒定体积流量下,摩阻压降随压力的升高而升高,随温度的升高而降低。2.推导建立了考虑热量源汇的二氧化碳压裂井筒流动与传热解析模型,实现了模型在井深和径向方向的双向耦合数值求解;分析了井筒传热机理,研究了排量等工程参数对井筒流动传热的影响规律。结果表明:环空流体是井筒内影响井筒传热最重要的热阻,液体有利于地层与油管内流体的热量传递,而气体则会阻碍热量传递;高排量压裂过程中,需同时考虑摩擦生热和气体做功的影响,焦-汤效应影响较弱,工程计算上可忽略。3.模拟研究了二氧化碳压裂起裂缝内流动和传热特性,并通过计算地层圈闭压力,进行了二氧化碳压裂蓄能效果的评价。结果表明:裂缝起裂后,在流体膨胀和压缩做功的作用下,初始裂缝中的二氧化碳温度降低,新裂缝中的二氧化碳温度升高,温度的变化产生热应力,从而可诱导产生微裂缝;二氧化碳以较低的井口温度注入页岩等致密储层,有利于形成较高的地层圈闭压力,提高压裂的蓄能效果。4.建立了二氧化碳压裂的流固热耦合有限元模型,运用损伤力学参数对二氧化碳压裂岩石的损伤破坏效果和机理进行评价和研究,并分析其流固热耦合特性。结果表明:二氧化碳注入地层是一个多物理场耦合的过程,流动、传热和岩石力学参数相互作用,呈现出与单场或双场耦合作用下的不同特征规律;受原地应力的影响,岩石在最大地应力方向即垂直于最小地应力的方向最先发生破坏,随着时间的推移,在流体压力和热应力的共同作用下,沿最小地应力方向的岩石也逐渐发生损伤破坏,但大损伤破坏区仍集中在最大地应力方向。本文研究成果可为二氧化碳无水压裂工艺参数优化设计和地层适应性评价提供理论依据和参考。