根据国内外已取得的研究成果,CO2捕集与埋存技术(Carbon Dioxide Capture and Storage,简称CCS)是实现CO2明显减排首选的技术之一,但成本高昂。我国海上以及松辽平原已发现许多富含CO2的气田。而(含CO2)天然气藏是最适合通过主动注入大量CO2实现CO2地下封存的埋存靶场之一。气藏含气产层的储气性以及圈闭封盖的完整性在长期的天然气赋存阶段和天然气开发阶段已经得到充分的地质验证。在气藏中实施CO2长期稳定埋存可以结合提高天然气采收率(CO2Sequestration with Enhanced Gas Recovery,简称CSEGR),从而实现CO2的规模化综合利用,降低CCS成本,这无疑会具有很大的潜力。本文以一个真实的含CO2天然气藏为埋存靶场,设计了在气藏温度、压力下的超临界CO2—天然气体系非平衡态相行为观测实验和超临界CO2与天然气之间的对流扩散观测实验,结合相态计算和数值模拟方法,研究气藏超临界CO2埋存过程中气体运移与同时提高天然气采收率的机理。主要研究重点是超临界CO2埋存带、超临界CO2-天然气过渡带以及气藏剩余天然气带的相态行为；超临界CO2驱替天然气过程中的渗流行为；地层温度、压力下气体运移速度和地层非均质性对流体运移的影响。在对气藏实施超临界CO2稳定埋存过程中的气体运移有足够认识的基础上,运用一维线性、二维剖面、以及三维气藏数值模拟模型评价其提高天然气采收率的可行性,筛选出最适合超临界CO2埋存的气藏储层分布类型,并开展超临界CO2埋存及同时提高天然气采收率效果最理想的方案设计。通过上述系统研究,获得了以下研究成果和认识：1)超临界CO2所特有的超临界物理性质使得在气藏中实施超临界CO2稳定埋存的同时驱替天然气在原理上具有可行性。深度在1000m左右气藏是最为理想的超临界CO2埋存靶场。超临界CO2所特有的高密度等超临界特性,使得超临界CO2和天然气之间的扩散很弱,超临界CO2-天然气过渡带的厚度因此受到限制,从而使超临界CO2驱替天然气带成为可能。2)超临界CO2-天然气体系非平衡态相行为使得超临界CO2在埋存的同时驱替天然气在流体相行为上具有可行性。超临界CO2-天然气体系非平衡态对流扩散结果使得超临界CO2永久埋存稳定性受天然气的影响不大,即超临界CO2在埋存的同时驱替天然气不会影响超临界CO2永久埋存。3)长岩芯超临界CO2驱替天然气渗流行为的实验研究以及数值模拟研究表明,多孔介质中超临界CO2呈现为较强的活塞式驱替天然气的特征,高的驱替压力对CO2驱替天然气更为有利,但在超临界CO2近临界区压力(10MPa)已能满足驱替要求。气体运移速度过大会削弱驱替的稳定性。4)在气藏中实施超临界CO2稳定埋存的同时增加天然气的采出程度,应有效利用气体运移过程中超临界CO2与天然气的重力分异作用,使超临界CO2能稳定地“沉积”在气藏的下部作为“垫气”埋存。但储层渗透率的非均质性和韵律会对超临界CO2驱替天然气的渗流行为和CO2稳定埋存的分布状态产生一定的影响。注超临界CO2方案设计数值模拟计算结果显示,废弃的反韵律气藏实施注超临界CO2埋存的同时提高剩余天然气采收率效果会更好,更有利于增加超临界CO2永久埋存的稳定性。