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国内外发现越来越多的高含CO2天然气气田,然而对高含CO2天然气藏的开发还缺乏更成熟的理论和技术,而且CO2在地层水中的溶解度远远大于天然气中其它烃类组分,弄清楚高含CO2天然气与地层水之间的溶解情况是高产合理开采这类气藏的重要基础。因此,本文提出了高含CO2天然气与水体系相平衡的研究课题。该研究为高含CO2天然气田储层流体运移、聚集和高效安全开发提供了理论和实际意义。针对此实际问题,本文采用实验和理论相结合的研究方法,开展了不同CO2含量天然气PVT相态实验、不同CO2含量天然气与地层水互溶的相平衡实验和预测模型研究,通过建立的高含CO2天然气与水体系相平衡预测模型与实验数据进行了对比分析。本文取得的主要成果如下:(1)体积系数、相对体积和压缩系数均随压力的增加而减小;偏差因子随压力的增加先减小后增大;密度和粘度随压力的增加而增加;对于不含地层水和含地层水的不同CO2含量天然气:不含地层水的偏差因子比含地层水的大;相对体积、压缩系数、体积系数、密度、粘度和膨胀系数变化很小。(2)在本文研究范围(温度141℃、145℃、148℃;压力3～53.01MPa)内,随体系压力下降,天然气中气态水含量不断增加,高压条件下增加的幅度明显低于低压条件下;同一压力下,随温度的上升,天然气中气态水含量上升;对于理论方法的计算:图版法中校正的坎贝尔图版法和韦切尔图版法精度最高,经验公式中对酸气、矿化度和相对密度进行了校正的模型精度较高。(3)本文采用CO2含量为9.16%、21.97%和53.88%的天然气样品,高含CO2天然气在地层水中的溶解度在0.12～20.19m3/m3之间,且随体系压力下降,天然气在地层水中的溶解度不断降低,且CO2含量越高,降低的幅度越大;并测出了地层水中溶解天然气的摩尔组成。(4)考虑水分子属于强极性分子,水分子自身或水分子与其它分子之间会发生缔合作用,基于SAFT状态方程,建立了高含CO2天然气与水体系相平衡预测模型。SAFT状态方程考虑了分子之间的短程排斥力和长程色散力、化学键的聚集与缔合、不同分子之间的溶剂化作用,主要由流体的硬球贡献项、成链贡献项、色散力贡献项和缔合贡献项组成。(5)对高含CO2天然气与水体系相平衡预测模型进行了程序研制,并验证了模型计算数据与实验数据能较好的拟合。对于天然气中气态水含量,模型计算值略大于实验值;对于天然气在地层水中溶解度,模型计算值略小于实验值。说明本文的预测模型能较好的描述高含CO2天然与地层水之间的溶解情况。