本文以沁水盆地郑庄区块为研究区,以区内无烟煤储层3#煤为研究对象,结合郑庄区块实际的地质参数,建立研究区内不同单元的地质模型,并通过开展Sc CO₂注入深部无烟煤储层的吸附、驱替以及溶解度实验模拟,初步建立地层条件下的超临界CO₂吸附量计算模型、游离量计算模型和水溶量存储计算模型,并对沁水盆地郑庄区块深部煤层中超临界CO₂理论存储容量和有效存储容量进行计算和静态评价。主要取得如下成果:(1)根据沁水盆地郑庄区块实际地质特征,可将郑庄区块划分成3个计算单元,即3种地质模型:模型1的区域煤层埋藏较深,地质构造以褶曲为主;模型2的区域构造复杂,地质构造发育且褶曲及断层均有;模型3的区域煤层埋藏较浅且构造以断裂为主。(2)在高温高压条件下,只有BET-3、D-R和Lattice方程可以较好表征Sc CO₂的吸附特性,对比其标准差,发现其中BET-3的拟合程度较好,说明基于Langmuir单分子层吸附理论的方程是无法表征高温高压下Sc CO₂的吸附曲线,也从侧面表明了CO₂高温高压条件下的吸附应是符合多分子层吸附理论。(3)在煤储层条件下,温度的升高和注入压力的增加,有利于提高CO₂驱替煤层气的效率,但这种驱替率很难达到百分百完成。(4)通过对比四种广泛应用的溶解度计算模型(PR-HV模型、Furnival模型、Duan模型、Chang模型)拟合数据,发现在高温高压条件下,PR-HV模型能够较好表征CO₂在纯水中和不同矿化度水中的溶解度特征,特别是高矿化度条件下的CO₂溶解。Sc CO₂在深部煤层中的水溶量是煤层埋深、煤层含水饱和度、煤密度与CO₂溶解度的函数。(5)建立地层条件下的超临界CO₂吸附量计算模型、游离量计算模型和水溶量存储计算模型,分别计算三种模型中各相态CO₂存储量,发现吸附气含量均达到80%以上,其次是游离气含量约15%左右,水溶气含量则不到5%,理论分析表明建立的各相态存储量计算模型是可靠且符合郑庄区块地质特征。