在世界能源需求增加和常规能源过度消耗的影响下,非常规页岩油因其储量大和开采潜力高而成为重要的替代能源。注入CO2能有效提高采收率,并且可以实现CO2的地下埋存以缓解全球变暖,使得CO2在纳米孔隙中驱油的微观行为成为研究的焦点。由于水力压裂注入水和地层水的存在,导致油和水会在储层孔隙中共存。水是CO2提高原油采收率的关键性参数,有待进一步研究。本文针对CO2驱替页岩纳米孔隙中油水混合物的微观机制问题,采用分子动力学模拟方法,揭示纳米孔隙中油和水的赋存状态,阐明水结构对CO2驱替页岩油的影响机理,本文主要结论如下:水分子形成束缚在表面的水膜,表现出水膜-辛烷-水膜的夹心结构。较高水含量下水分子形成水桥,表现出水包油结构。采收率随水含量的增加而增加。CO2利用效率也随水含量的增加而增加。水膜存在时,CO2分子倾向于沿水-辛烷界面迁移,并在油水界面累积,在油水界面形成CO2气垫,提高了油的流动性。水膜屏蔽了油和表面之间的相互作用,减少了油的吸附,利于辛烷的运移。水膜起到牺牲剂的作用,减少CO2的吸附损失,提高了CO2利用效率。水桥存在时,CO2分子破坏了水分子之间的氢键,导致水桥破缺。水桥阻止CO2的快速突破,增加了推进作用,表明在水交替气驱中先注入水后注入CO2有助于提高采收率。宽水桥会堵塞纳米孔隙,导致CO2注入能力的降低。并将辛烷圈闭在孔隙中,这可能是产量迅速下降的原因之一。本文不仅完善CO2驱油理论体系并且为超临界CO2在页岩油气开发设计领域提供一定的理论指导。