经济发展对能源的需求量越来越大,其中煤炭资源的使用占60%,造成二氧化碳的排放量急剧增长。目前处理二氧化碳最有效的方法是将二氧化碳封存与提高采收率相结合,不仅能够解决环境问题,而且还能带来巨大的商业价值。二氧化碳封存过程中的超临界二氧化碳-水-岩作用机理是当前研究的核心目标之一,结合实验和数值模拟的方法全面分析二氧化碳封存过程中的水岩反应,对二氧化碳长期、高效封存具有一定的指导意义。本文在开展二氧化碳封存实验和超临界二氧化碳-盐水相渗实验的基础上,利用TOUGHREACT软件对水岩反应进行数值模拟。主要进行以下研究:(1)基于二氧化碳封存机理,设计、开展二氧化碳-水-岩封存实验,对不同封存时间下的岩心进行X射线衍射实验,分析矿物成分随时间的变化趋势,以及二氧化碳封存反应过程与时间的关系。实验发现,矿物封存主要作用的矿物成分为方解石、白云石和黏土矿物,且方解石、白云石、黏土含量随时间呈线性变化趋势。(2)采用非稳态法分别开展了不同渗透率、围压和驱替压力下的超临界二氧化碳-盐水相渗实验研究,分析讨论渗透率、围压和驱替压力对超临界二氧化碳-盐水相对渗透率曲线特征的影响。(3)结合封存实验结果和相渗实验数据,以鄂尔多斯盆地刘家沟组储层为研究对象,采用TOUGHREACT数值模拟软件EC02N模块进行数值模拟研究。模拟结果表明:a)二氧化碳注入初期,注入点附近的压力最低、温度最高,当达到注入时间10年时,压力达到最大值,注入点附近的温度达到最低值,此后压力和温度变化幅度很小;b)钾长石变化极其微小,斜长石、白云石含量随封存时间的增大而减小,方解石含量随封存时间的增大而增大;c)Ca2+、Mg2+浓度总体呈增大的趋势,Na+浓度在二氧化碳注入初期浓度上升很快,封存15年后Na+浓度基本保持不变;K+浓度变化不明显;d)储层整体的孔隙度随时间的变化不断增大,时间越长变化越不明显;e)实验结果与数值模拟结果存在一定的差异性,原因在于与模拟时间相比,实验时间较短,未达到矿物的溶解沉淀平衡状态。本文所取得的认识对二氧化碳封存的长期水岩反应有着一定的理论指导意义,同时也对其它二氧化碳地质封存地区分析评价有一定的参考价值。