文献综述（或调研报告）：
经济的高速发展依赖于稳定持续且廉价的能源供应，传统化石燃料在日渐枯竭的同时还带来了严重的环境问题，火力燃烧发电使得全球二氧化碳排放量急剧增加，温室效应显著。在能源与环境威胁不断增加的情况下，世界各国开始了对清洁能源的研究和开发，与其他水电风电等清洁能源相比，地热能具有储量大、分布广、稳定性好等特点，成为目前主要的研究方向之一。
地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在。按照其储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。蒸汽型地热发电直接将蒸汽田中开采的蒸汽通入汽轮机中做功，但蒸汽中含有地质杂质岩屑及水滴等物质，需要良好的分离技术，且干蒸汽资源有限，多分布在深层地质，开采困难，导致此项技术受到很大限制。热水型主要是开采高温地热水通过热交换器将热量传给另一做功工质而不直接参与做功循环，但也会导致地热水开采过度等问题。
干热岩是指地下 3～10 km 处的高温岩体 （主要是变质岩或结晶类岩体），其温度为 150～650 ℃，渗透性低。20 世纪70年代美国加州大学研究人员提出了利用干热岩进行发电的理念，采用的方法为增强型地热系统（Enhanced Geothermal Systems,即EGS），主要原理是通过人工压裂的方式（多为水力压裂）在原本完整致密的干热岩内部形成众多微小的缝隙，形成高温热源，将水作为流动及传热工质注入岩层内部吸收热量，然后采出用于发电【6】。但也存在一些问题，如人工压裂费用较高，可能导致地质结构的改变和破坏，进而诱发地震。同时，水作为宝贵的资源，在注入干燥的地层内部时，会被地质大量吸收，损失巨大。为解决水作为流动工质带来的问题，2000年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家 Brown【1】首次提出了使用超临界二氧化碳（压力gt;7.382MPa，温度gt;31.04℃）替代水作为增强型地热系统中的传热流体，用来开采地热资源。他指出二氧化碳具有一定的热物理性质和化学特征，可以作为一个优良的传热介质，并且可以利用增强型地热系统中地质中的循环存在流体损失的特点间接达到地质封存二氧化碳的目的。
目前，国际上在地质储存二氧化碳和深部地热能开发两方面均开展了大量的研究与工程实践。地质储存技术已成为一种有效的且被国际社会广泛认同的二氧化碳减排技术， 所公认的有效方法之一是将二氧化碳注入深部盐水层永久封存，而我国沉积盆地深部广泛分布着不适于饮用的咸水含水层【9】，有足够的空间可用于储存大量二氧化碳，即Carbon Capture and Storage(CCS),但将大量的二氧化碳气体注入深层地表费用很高，无附加经济效益。2011年美国明尼苏达州大学Randolpha和Saar提出：在深部咸水含水层和废弃油田中的地质储存已经广泛的作为缩减二氧化碳排放、防止全球变暖的有效手段。但仅将二氧化碳视为需要永久储存的废弃流体是不经济的，因此设想将其作为地热开发的载热流体。于是他们提出将CCS与地热开发相结合，在对二氧化碳进行咸水层封存的同时利用其天然的高渗透率高孔隙度等地质条件，将二氧化碳作为工质流体开采地热资源。若该地层含水率高，则可以先抽取高温地热水进行热发电，再注入二氧化碳，流体的采出又为二氧化碳的封存提供了更大的空间，避免了层内二氧化碳因持续注入导致压力过大。
二氧化碳羽流地热开采系统是一个全新的概念【9】，低温超临界二氧化碳通过注入井注入到深部热储层，注入到储层的二氧化碳在地层孔隙和裂隙介质中渗透运移，在与水的驱替过程中，被深部高温岩体加热，在空间上形成一种羽状的分布形态，被加热后的二氧化碳通过开采井输送到地表，用于发电或直接供热，然后将冷却降温后的二氧化碳再重新回注到地下提取热能，在地下的流量流失即为二氧化碳的地质封存量。
目前，世界对于二氧化碳羽流地热系统的研究仍处于起步阶段，主要是对二氧化碳与水作工质的对比分析，建立井筒流和储层流的耦合模型【5】，通过数值模拟的方法研究各种温压条件下井筒和储层中多相流动力学热力学变化过程，以及流场温度场随时间空间的变化规律【4】，揭示羽流地热系统的多相流流动及传热机理，不少文献在研究影响二氧化碳羽流地热系统采热特性的关键因素的基础上，提出了各自的优化方案。
与水相比，二氧化碳是非极性溶剂，不会像水一样溶解大量矿物，井筒及相关设备结垢可能性较小，同时，二氧化碳压缩性和膨胀性高，注入井处低温流体与产出井高温流体密度变化明显，密度差能够产生足够的循环推动力，外界设备消耗较少的能量即可维持流体的循环，且循环中的流体损失特性可以加以利用封存部分二氧化碳。比较明显的缺点是水具有更大的比热，水流较二氧化碳流有更大的热容量有利于地热能的高效的开采，但二氧化碳黏度低，流速快，热容量的不足可以通过更大的流量弥补。
2006年，Pruess首次通过模拟工作对二氧化碳增强型地热系统中的传热和质量流动特征开展了定量化研究【6】。模拟结果表明，在相同初始储层条件下（温度为200℃，压力为50MPa），二氧化碳-EGS的热开采速率和质量流动速率都明显高于水-EGS，这是因为在注入井附近的较低温度条件下水黏度的增大比二氧化碳更为明显，二氧化碳在注入井附近的可移动性增强。Pruess还开展了对初始储层温度的敏感性研究。模拟结果表明，在低温条件下，热开采速率的增大更为明显,即使用二氧化碳开采地热资源不仅可以应用于高温地热系统，而且同样适用于低温地热系统中。
在中国二氧化碳地质封存及增强地热开采一体化的初步探讨【7】一文中，作者通过建立模型进行数值模拟对于水热型和干热岩型地热开采系统，从井内流体流动、储层热提取率、碳封存量、安全性和经济性几方面分析了水与二氧化碳作为工质流体在增强地热资源开采上的优劣势，在数据上体现了上述二氧化碳的优点，初步论证了二氧化碳羽流地热系统的可行性。对于干热岩，二氧化碳高压缩高膨胀性决定了注入井和生产井内流体密度差异较大，减少了整个系统附加循环动力的能量消耗，相同条件下，二氧化碳工质的热提取率高于水，二氧化碳封存量大。
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