CO₂地质储存是目前减少温室气体排放最为有效的手段之一。将CO₂注入深部地层,注入压力和温度变化会改变注入区域岩石的应力状态,使得有效应力减小,引起地层孔隙度和渗透率改变,进而会影响CO₂运移、注入能力、储存潜力以及盖层的密闭性等一系列问题。本文以鄂尔多斯盆地CCS工程示范区的刘家沟组储层为研究对象,采用室内实验-统计分析-数值模拟相结合的方法,研究了二氧化碳地质储存过程中储层的力学响应对CO₂地质储存的影响。论文的主要成果如下:1.通过系统性的实验,研究了孔隙压力与储层岩石渗透率的关系,并在此基础上,通过统计分析的方法,确定了二者的数学模型。孔隙压力与岩石渗透率关系的实验结果表明:孔隙压力增大,渗透率随之增加;在设定的孔隙压力范围内（4MPa-18MPa）,孔隙压力增大使岩石孔隙结构发生的变形为弹性变形,压力消减后,岩石能够恢复到初始状态。通过实验,确定了不同期次孔隙压力加、卸载过程中,渗透率和孔隙压力之间为指数关系数学模型,为二氧化碳地质储层过程考虑储层力学响应奠定了理论基础。2.TOUGH2是国际上认可的进行CO₂地质储存模拟最常用的一种模拟软件,为了充分利用它的优势,本文在对TOUGH2流体模块的数学模型进行充分分析的基础上,以数学模型中压力和温度参数为耦合节点,利用部分耦合的方法,将实验研究中获得的孔隙压力和岩石渗透率的数学模型耦合到TOUGH2的渗流数学模型中,实现了软件在模拟二氧化碳注入过程中能够考虑储层力学响应影响的功能。3.通过数值模拟技术,系统分析了二氧化碳注入过程中,储层力学响应对储层环境条件（压力、温度）、物性特征（孔隙度、渗透率）和二氧化碳地质储存各要素（二氧化碳空间运移、注入速率、封存量）的影响。研究结果显示,考虑储层力学响应能促进储层压力向外的扩散,但对储层温度传递的影响很小,对于注入压力为高于地层压力3MPa、CO₂注入5年的方案,考虑储层力学响应,使得储层压力最大增加了约0.06MPa;相应的使储层孔隙度和渗透率在注入井附近分别增加了约0.3%和10%;CO₂水平运移距离增加了8%;CO₂的平均注入速率和封存量增加了6.8%。可见,对于模拟5年时间,储层力学响应对储层的压力、孔隙度影响不大,但对于储层的渗透率、CO₂运移距离、CO₂注入速率和封存量均有显著地促进作用。对比不同注入压力的方案,当注入压力由高于地层压力1MPa变为5MPa时,储层的力学响应使得储层的压力的最大增加量由0.01MPa变为0.17MPa;储层的孔隙度最大增加率由0.1%变为0.5%;储层的渗透率最大增加率由3%变为17%;CO₂水平运移距离增加率由5%变为13%;CO₂的平均注入速率和封存量增加率由2.8%变为11.6%。可见,随着注入压力的增大,储层力学响应对储层的压力、孔隙度和渗透率、CO₂运移距离、CO₂注入速率和封存量的增益效果变强。在设定的注入压力范围内,注入压力越大,储层力学响应的增益效果越强,是一个正增益关系。研究结果显示,在CO₂地质储存的效率、潜力和安全性的评估时,考虑储层力学响应的影响是必要的,该方面的研究具有实际意义。