温室效应导致自然灾害频发,严重影响人类社会的生产与生活。CO₂是温室气体的主要成分,减少CO₂排放成为缓解温室效应的首要目标。CO₂盐水层封存是减少CO₂向大气排放最有效与最具有发展潜力的方法之一。理解CO₂在盐水层内的驱替过程、CO₂溶于盐水引发的自然对流过程对评估该方法安全性和有效性具有重要意义。储存结构非均质性决定了CO₂/盐水运移过程是一个复杂的水文地质过程。因此,研究结构非均质性对CO₂盐水驱替以及对流混合过程的影响具有重要价值。多孔介质非均质性是影响CO₂/盐水驱替的重要因素。相场法可以有效实现对多孔介质内CO₂/盐水相界面的捕捉。本文运用相场法建立数值模型,研究孔隙结构非均质性对CO₂/盐水两相驱替的影响。研究表明:1)CO₂饱和度与CO₂指进的形成、发育均受多孔介质非均质性影响;2)胶结物的存在改变了多孔介质的连通性,能够引起绕流,促使指进产生,增加驱替的不稳定性;3)死孔导致残余水饱和度增高,CO₂饱和度降低;4)在润湿性非均质（亲水性）介质内CO₂指进被抑制,导致CO₂饱和度急剧增加。对流混合可以有效促进CO₂的溶解速度。流体动力学与Darcy渗流描述的是不同尺度的现象,前者适用于孔隙尺度描述了孔隙内流体间的相互作用,后者适用于岩心及更大尺度描述了多孔介质内流体平均流速与多孔介质宏观物性的关系。本文在孔隙尺度下对初始时间步长及岩心尺度下对网格数量做敏感度分析,对比孔隙-岩心尺度模型,孔隙结构非均质性对对流混合的影响。研究表明:1)初始时间步长与网格数量对模拟有一定影响,都会导致对流强度与指进触底时间的改变。2)与孔隙尺度相比,岩心尺度下对流混合不稳定积累时间长,指进触底时间晚,相同时间下CO₂溶解量少;3)与均质孔隙结构相比,局部孔喉减小、胶结物存在都会延长指进触底时间,局部孔喉增大会缩短指进触底时间。