超临界二氧化碳由于具有较高密度、低粘度,以及高扩散系数等特性,逐渐被石油工业的钻井、压裂等领域所重视和广泛应用。由于二氧化碳在近临界点附近物性变化剧烈,相态控制比较困难。有必要通过微观机理分析,得到其变化的本质原因,并在此基础上分析宏观物性的变化规律与影响因素,提高其物性预测和相态控制精度,为二氧化碳现场应用奠定理论基础。本文从微观角度出发,采用分子动力学模拟方法对二氧化碳在近临界点处的分子聚集特性进行了分析,并得到了该区域二氧化碳在密度、粘度方面的宏观物性特征,利用建立的“二氧化碳物性变化测量装置”对宏观结果进行了验证。研究结果表明:当温度一定时,二氧化碳分子的聚集程度随着压力的增加而增加;当压力一定时,二氧化碳分子的聚集程度随着温度的增加而减小。近临界点处二氧化碳分子的聚集程度随温压的变化规律与宏观上二氧化碳密度随温压的变化规律一致。近临界点处的超临界态二氧化碳分子聚集程度与液态二氧化碳的分子聚集程度在同一数量级,宏观表现为二氧化碳超临界态密度与液态二氧化碳密度相当。随着温度的增加,二氧化碳分子的聚集程度随着压力的升高产生剧烈变化的趋势逐渐减弱,宏观表现为在高温下,二氧化碳的密度随着压力增加跃迁现象不明显。近临界区域内,二氧化碳密度、粘度随压力的变化可以分为三个区段描述:线性增长区间(密度、粘度呈近似的线性增长);快速增长区间(密度、粘度突然迅速增长),缓慢增长区间(密度、粘度增速变缓)。在分子模拟和实验的基础上,以平均场理论和涨落理论为依据,考虑二氧化碳在近临界点附近物性变化特点,对二氧化碳的临界区域进行划分:压力范围在5.88MPa~15.5MPa之间,温度范围在297.07K至297.07+(P-5.88)×7.75之间。