以二氧化碳为主的温室气体的大量排放引发了全球变暖现象，进而造成了严重的环境问题。针对CO2减排目标，国际上提出许多削减CO2排放量的新方法和新技术。二氧化碳地质储存（Carbon dioxide geologic sequestration，简称CGS）是目前国际社会公认的应对全球气候变化的重要对策及显著减少温室气体排放的有效技术手段之一。但已有的研究表明，单一的CO2地质储存（CGS）在大规模工程应用中费用昂贵，如能在CO2地质储存的同时，利用其作为工作流体进行深部地热能的开发利用，实现其资源化，会提高CGS的经济可行性，极大推动我国CO2地质储存事业的发展。因此，越来越多的研究聚焦于如何在进行CO2地质储存的同时，进一步实现CO2的资源化利用。地热能是一种可再生的清洁能源，近年来国外学者的研究表明：利用CO2提取深部储层孔隙介质中的地热能是增强CO2地质储存经济性和可行性的良好途径。CO2羽流地热系统（CO2-plume geothermal system，简称CPGS)，是利用注入到沉积盆地天然孔隙储层的CO2提取地热能的一种工程技术手段。虽然CPGS系统有着巨大的应用前景，但也面临一系列重大科学问题，如CPGS运行中低温超临界CO2由井筒注入深部咸水层后，伴随着对深部地热的提取将在储层和井筒中发生复杂流态下的多相流流动、传热和地球化学作用，使系统的运行和热能提取过程产生不稳定性，这是CPGS工程实施中的关键科学问题。本文进一步研究了CO2羽流地热系统，以我国典型沉积盆地——松辽盆地泉头组的地质构造及热储条件为背景，考虑井筒流对CO2作为载热工质的地热系统的影响，建立井筒流和储层流的耦合模型，采用室内实验、数值模拟和理论分析相结合的方法，研究注-采温压条件下井筒和储层中多相流动力学-热力学变化过程，以及流场-温度场的时空演变规律，揭示CO2羽流地热系统的多相流流动及传热机理；分析水-岩-气相互作用对地层流场和传热过程的影响；确定系统稳定条件，进行CPGS的优化开采设计；系统全面进行CO2与水工质的对比研究，客观评价各自的优缺点，确定适宜以CO2为载热工质的系统条件，为我国典型沉积盆地CO2地质储存中的地热资源开采提供基础理论依据和技术支撑。