由CO₂过量排放而引发的温室效应已经成为了当今世界面临的最为严峻的环境问题之一,因此CO₂减排势在必行。CO₂地质封存技术可以在短时间内大规模地减少CO₂的排放。其中,CO₂咸水层封存是一种具有巨大封存潜力的地质封存方法,同时也具有实施成本低等优点。在CO₂咸水层封存过程中,多相流体流动和储层固体变形之间存在极强的耦合机制,CO₂注入使得储层孔隙压力和地层应力场改变,进而导致储层固体骨架发生变形。介质变形又会影响CO₂在储层中的运移规律,甚至导致地层产生裂缝,对存储的安全性具有重要影响。研究CO₂咸水层封存过程中的流固耦合机制对于理解CO₂在储层中的迁移规律以及评估储层的稳定性和安全性具有重要意义。本文基于Darcy两相渗流理论、Terzaghi有效应力概念以及Biot三维固结理论,建立了咸水层中CO₂/盐水两相渗流-力学耦合模型,对影响耦合过程的主要因素进行了分析,并基于摩尔-库伦失效判据对储层稳定性进行评估。结果表明:1)随着CO₂注入速率的增大,稳态时储层CO₂饱和度不断增大,进而CO₂封存量也呈指数型增加;2)毛细管入口压力(P_entry)对储层CO₂饱和度分布影响较大,当P_entry较高时,CO₂在咸水层中容易被捕获,分布也更为均匀;而孔隙分布系数不会对CO₂饱和度分布产生明显影响;3)当注入速度为1.0×10^-6 m/s或岩层Biot系数为1时,储层应力状态最为接近破坏临界值。以阿尔及利亚In Salah场地为例,本文还进行了CO₂注入咸水层的实例研究。研究结果表明:1)在CO₂注入咸水层三年后,地表抬升约18.6 mm,与实测值基本吻合;2)CO₂注入咸水层三年后,储层的孔压增加,且水平方向的增加幅度大于竖直方向,最大孔压增加约8 MPa;3)流动和力学的耦合能够影响CO₂羽的运移,CO₂的传播因介质变形而略有增强,这种影响在注气井附近表现得愈发明显。