采用超临界CO2压裂、置换驱替页岩气技术已被证实为有效的一种开采方法。但超临界CO2作用下页岩的渗流机理和渗流-应力耦合规律还未得到清晰认识。本文选取长宁-威远页岩气田的志留系龙马溪组和奥陶系五峰组页岩为研究对象,基于香港中文大学地球科学系统实验室TRXC100-200型三轴试验机,开展CO2作用下页岩的三轴压缩和渗流试验,探究了该条件下页岩的渗流-应力耦合作用规律;结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜SEM结果,分析了矿物成分及微观结构对页岩力学特性和渗流耦合作用的影响。主要完成的工作和取得的认识如下:(1)进行了目标区块页岩露头样品初始状态的XRD测试、扫描电镜、孔隙度和渗透率测试,评价了页岩微观结构、有机质含量对孔、渗的影响;(2)采用瞬态压力脉冲开展了页岩渗透率有效应力实验。用响应面法处理实验数据,分析了页岩有效应力与渗透率之间的变化规律,评价了页岩应力敏感性;(3)在CO2和N2两种流体、三种相态对页岩饱和浸泡后,开展.了全应力-应变及破坏后区继续压缩的试验,对比分析了不同流体介质、不同流体相态对页岩力学性质的影响特征。在此基础上从层理和断裂力学角度分析了页岩的破坏模式;(4)测试了耦合作用后页岩的表面微观形态和矿物组成,探讨了页岩与CO2耦合作用前后的微观孔隙结构和宏观力学性能的变化规律,分析了超临界CO2对页岩渗流过程的微观机理、渗流过程中的流态及流固耦合的影响;(5)针对不同流体在页岩储层中的流动特性,基于现有的气体流动模型,通过参数优化构建了CO2在页岩中的流动模型,发现储层岩石的变形受有效应力的控制;CO2渗流运动方程含有体积应变项和应力项,说明CO2的流动受页岩变形的影响;(6)基于CO2在页岩中的含量方程和流动模型得到页岩中的滞留量及流动类型,得出了实验条件下超临界在实验过程中当属滑脱流和过渡流;通过本次研究,分析了有效应力对页岩渗透率的影响,获取了CO2压裂页岩过程中的力学和渗流参数,探究了CO2作用下页岩的渗流-应力耦合机理,为页岩气的开发提供一定的实验参数。