近年来由于温室气体大量排放而引起的全球气候变化问题倍受关注，二氧化碳减排技术尤其是二氧化碳地质封存技术也受到越来越广泛的重视。而超临界压力二氧化碳和水在多孔介质中的两相流动问题作为二氧化碳地质封存的关键基础问题，尚未得到充分研究。为此本文通过实验研究、数值模拟以及理论分析等方法对地质封存条件下超临界压力二氧化碳和水在多孔介质中的两相流动规律、以及压力变化、化学反应等因素对流动规律的影响作了较为深入的研究。本研究为深入理解二氧化碳注入深部咸水层后的俘获机理和大规模地质封存的安全性提供了理论支持。本文通过实验方法得到相对渗透率曲线和毛细压力曲线等岩心基本参数，并通过理论分析利用毛细压力实验结果对相渗曲线进行补充和扩展，为二氧化碳地质封存的大规模数值模拟提供了必要参数。通过TOUGH2软件建立实验所用的一维流动模型，与实验结果进行对比，验证了模型可靠性；并对末端效应、毛细压力、渗透率、束缚水饱和度及残余气体饱和度等参数进行敏感性分析，为大场数值模拟打下坚实基础。二氧化碳地质封存过程中，实际地层中存在着的裂隙等地质非均质性、注入过程中压力的变化以及岩石中发生的矿化反应都会对二氧化碳的分布产生较大影响。本文在基本注入条件实验研究的基础上，通过核磁共振成像可视化实验研究初步研究了地层非均质性、裂隙等地质结构对二氧化碳分布的影响。由于地层压力波动所引起的二氧化碳析出现象将对使得地层的渗透率发生变化，本文通过已有模型和相对渗透率曲线对此现象进行了分析和预测。实验研究发现，含有碳酸钙的地层在碳酸钙的溶解和析出过程中，岩心的渗透率性能会随孔隙率变化而发生显著变化，尤其是在碳酸钙的溶解过程中；而对碳酸钙析出过程来说，低渗地层渗透率降低将更为明显。