随着社会经济的快速发展和环保意识的普遍提高，现代社会对清洁能源的需求持续上升。地热能和天然气作为重要的清洁能源，其开采和储存的研究受到世界范围内的广泛关注。　　增强型地热系统(EGS)对发展地热发电前景广阔、意义重大。本文基于多区域多物理场耦合有限元模型，系统研究EGS渗流与传热过程。三维模拟结果证实施加正确的连接条件能够实现在EGS不同区域之间的压力场、速度场和温度场的自然耦合，而井内湍流对EGS采热过程总体影响不显著。进而提出二维近似模拟EGS问题需满足的三个条件，即EGS几何及储层结构与深度无关、储层中不发生自然对流、井内压降远小于井间水平压降。基于复变函数理论和镜像法，得到了矩形域内二维井间渗流的级数解，并对截断级数的收敛性质进行了深入讨论。针对当前制约EGS发电商业化的主要困难，本文首次提出井阵式EGS概念，对其运行过程进行二维有限元模拟，并通过对网格、时间步长、单元阶次依赖性的系统检验以及与解析解的直接对比深入讨论了数值模拟结果的精度。最后，基于数值模拟结果定量比较了不同储层改造方案的效果，发现与井孔联通的水力裂缝改善EGS渗流和采热的效果最好。　　改造已开采天然气田形成的大规模天然气地下储存系统在经济效益和技术可行性方面具有独特的优势。本文数值模拟研究单井型天然气地下储存系统的运行过程。首先证明了无限域理想气体轴对称达西扩散问题由Boussinesq方程控制，并得到天然气扩散距离与质量流量、扩散时间之间的函数关系。进而采用渗流-变形耦合的孔隙弹性有限元模型，重点研究了天然气灌注后扩散直至静态平衡的过程和连续季节性抽取的动态过程及其伴随的变形和应力变化。　　本论文针对地热发电、天然气地下储存工程实践中当前面临的关键科学技术问题，开展系统深入的应用基础性研究。论文研究不但获得了有助于指导相关工程实践的定量结果，而且在渗流、变形、传热耦合问题的数值模拟方法与精度检验等方面取得重要创新性进展。