能源转型和低碳减排是我国近年来亟待解决的问题,将造成温室效应的CO2注入到页岩储层中,不仅可以提高页岩气的产量,解决能源转型问题,而且可以将CO2封存在地层中,实现环境效益。本文以龙马溪组页岩为研究对象,采用体积法在不同实验条件下进行了CH4和CO2在页岩上的吸附动力学实验,结果表明增大压力会显著提高CO2和CH4在页岩上的吸附量,升高温度会降低CO2和CH4在页岩上的吸附量。基于实验获得的吸附量-时间曲线,采用单孔扩散模型计算了CO2和CH4在页岩上的扩散系数。CO2在页岩上的扩散系数和压力与温度是正相关关系,而CH4在页岩上的扩散系数与压力和温度是负相关关系。与准一级动力学模型和Bangham模型相比较,准二级动力学模型能够较好的拟合实验数据。在快速吸附阶段,CO2的吸附速率持续减小,CH4的吸附速率先增大后减小,在吸附平衡阶段,两种气体在页岩上的吸附速率为零。增大压力和提高温度会降低页岩上CO2和CH4的吸附速率常数。为了探究CO2吞吐注气对提高页岩气产量和封存CO2的效果,针对延长组页岩进行了5MPa、7.5MPa、10.5MPa三种CO2注入压力,305K、307K、318K三种温度、0min、30min、60min三种焖井时间下CO2吞吐注气驱替页岩气的实验研究,采用Coats-Smith两区模型对CO2的穿透曲线进行了建模,结果表明Coats-Smith两区模型很够很好的描述页岩上CO2与CH4竞争吸附时的运移机理。CO2注入压力的增大,主要增大了CO2向页岩基质扩散并吸附的传质推动力,增大了CO2的扩散系数,减小了CH4的扩散系数,导致CH4的回收率减小,CO2的封存率增加。因此降低压力有利于提高CH4采收率,也可以提高纯CH4的回收率。随着温度升高,CH4的回收率增大,CO2的封存率增大,但是增加的幅度很微小,因此应该根据页岩储层的特性选择合适的实验温度,达到利益最大化。焖井时间的增加,加快了CO2与CH4在页岩上的吸附解析,缩短了CO2和CH4在页岩上达到吸附平衡的时间。CO2在不同状态下对CH4的回收率和CO2封存率的影响不同,当注入CO2处于气态时,随着焖井时间增加,CH4的回收率增大,CO2封存率减小;当CO2处于超临界态时,CH4的回收率和CO2封存率随焖井时间的增大而减小。