二氧化碳埋存过程中,致密的盖层岩石及水泥封固系统完整性是保证其长期安全埋存的关键。但是,在漫长的存储时间内,盖层与水泥封固系统都存着潜在的失效风险,盖层岩石虽然致密,但其中也存在一些天然的微裂纹或小的孔隙等一些薄弱环节,当二氧化碳渗入到盖层后,由于孔隙压力压力的增大,裂纹可能会发生扩展,形成较大的裂缝,特别是较大的垂直裂缝,为二氧化碳逸出到地面提供一条畅通的通道。水泥环内部或界面处的微裂纹也是二氧化碳逃逸的主要途径之一,水泥环长期处于富含二氧化碳的环境中,这会使水泥的水泥发生腐蚀降解,对这些微裂缝的渗透性能或传输能力有一定的影响。为此在二氧化碳进行地质埋存前,本文对二氧化碳埋存过程中存在的裂缝性风险进行分析研究是十分有必要的。本文首先对二氧化碳逃逸的主要途径及埋存失效的机理进行了深入的分析,得出盖层岩石产生的垂直裂缝和水泥内部或界面处的微裂缝是两个最具逃逸潜力的通道。为了评估盖层岩石密封能力强弱,建立了盖层岩石裂缝扩展及缝网形成的概率模型,得到了盖层岩石形成裂缝或裂缝扩展的概率以及裂缝的平均半径,并对单一裂缝的扩展与缝网的形成进行了研究。建立了油井水泥腐蚀变化模型,该模型把反应区分为三个不同的层,这三个不同的层,反应后结构成分发生了变化,杨氏弹性模量发生不同程度的下降。通过水泥的水淹实验及数值模拟方法,借助固态核磁共振(NMR)光谱分析、扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)和纳米压痕等手段来确定,当水泥-盖层界面处存在微裂纹时,受到化学腐蚀作用与周围地层压力等力的共同作用,水泥反应区渗透性能及力学性能的变化,是否增强了二氧化碳的逸出的能力。本文研究成果为二氧化碳地质埋存技术提供了理论上的指导,有力的推动二氧化碳地质埋存技术在我国的应用,实现二氧化碳减排的首要目标。