CO2咸水层封存已被证实是一种有效缓解温室效应的碳减排方式。在CO2咸水层封存过程中,毛细管封存和溶解封存是实现CO2长期封存的重要机制。研究CO2-咸水两相流动特性、相间界面演变规律和CO2-咸水局部传质特性,对于评估CO2咸水层封存的时效性和安全性具有重要意义。基于上述背景,本文开展了 CO2咸水层封存两相流动与传质特性研究。利用CT可视化方法,阐明混合注入模式下的气水流动特性,探析CO2驱替效率的主要影响因素。揭示溶解封存过程相间界面演变规律,实现对相间界面演变的定量化描述。解明CO2非平衡溶解过程局部传质特性,基于孔隙尺度局部传质系数,建立并评估稳定与不稳定流动状态的传质模型。主要研究内容如下:设计并搭建了基于微焦点X射线CT的气水流动实验系统,利用CO2/混合气进行了气水混注驱替实验,探明了气水比、注入流速、CO2中N2杂质及温度压力条件对驱替效率的影响。发现在较低注入流速下,气水混注过程和单纯注入CO2时的驱替效率相近;在较高注入流速下,气水混注过程产生更多孤立CO2团簇,驱替效率较低。CO2-N2混合气在多孔介质中的运移能力大于纯CO2,空间分布更为均匀,提升气体驱替效率。随着温度压力的降低,孔隙度分布对于混合气驱替效率的影响增大。开展了填砂多孔介质内咸水吸渗实验,动态追踪了 CO2-咸水相间界面并计算了界面面积,揭示了溶解封存过程相间界面演变规律。提出多孔介质内的三种CO2-咸水相间界面演变类型,发现传质过程中的相间界面发生收缩、脱离和碎裂现象。传质过程中的相间界面面积遵循幂律分布。在界面面积累积比率的拟合过程中采用小截断阈值减小了误差。比界面面积随着咸水饱和度的升高而线性减小。非均质性条件下,传质过程后期较小界面的数量增加,比界面面积增大。对比了稳定和不稳定流动中的孔隙尺度传质过程,解明了 CO2非平衡溶解过程局部传质特性。发现随着重力数的增加,在稳定流动中较小CO2气泡的数量减小,CO2溶解进程加快;在不稳定流动中,传质过程早期出现更多CO2气泡,具有不规则形状的CO2团簇更难溶解。随着传质过程的进行,稳定流动中的CO2浓度逐渐降低,而不稳定流动中的CO2浓度可增加3倍。局部传质系数的整体分布范围随着CO2团簇尺寸的增加而增大。由于绕流现象导致局部传质缓慢,比界面面积和流动发展共同影响传质效率。建立了稳定和不稳定流动状态的传质模型,并对不同传质模型中的表观传质系数与总括传质系数等简化参量进行了评估,为预测储层内气液两相传质过程提供理论支撑。