向深部不经济煤层注入CO2（CO2-ECBM）,既能够减排主要人为温室气体CO2,又能够获得清洁高效的煤层气（CH4）资源。对应于最佳封存深度,煤层中的CO2是超临界流体（ScCO2）,其与储层中的水和煤基质间存在复杂的流-固作用关系。该作用会显著改变煤孔隙结构和表面化学性质,进而影响CO2封存和CH4采收。鉴于煤有机结构的高度复杂性和异质性,为了更为深入地研究ScCO2-H2O-煤间流固作用对煤有机结构和CH4驱替的影响,本论文分别以不同变质程度煤及其模型替代物-氧化石墨（GO）为研究对象,在适宜封存的储层温度和压力下,开展长时间ScCO2-H2O与煤和GO相互作用的静态实验。联用CO2吸附实验、N2吸附和解吸实验、X-射线衍射（XRD）和X-射线光电子能谱（XPS）,研究了长时间ScCO2-H2O作用对煤和GO的孔隙结构、晶体结构和表面化学性质的作用规律和机理。此外,本论文还针对长时间ScCO2-H2O作用前后的煤进行了CO2驱替CH4实验,研究了ScCO2-H2O作用对煤体CO2吸附量和CH4采收量的影响,并确定了驱替过程中CO2的最佳注入压力。本论文主要研究结论包括:（1）长时间ScCO2-H2O作用显著改变了煤孔隙结构、晶体结构和表面化学性质。对于孔隙结构:长时间ScCO2-H2O作用后,较低变质程度的SCG、DQ和XY煤样的微孔比表面积、孔体积和平均孔径均降低,而较高变质程度的SH煤样则呈增加趋势。不同于微孔,所有煤样的介孔比表面积、孔体积和平均孔径均降低。此外,长时间ScCO2-H2O作用增大了CO2和CH4在较低变质程度煤中的扩散速率,降低了二者在较高变质程度煤中的扩散速率。对于晶体结构:长时间ScCO2-H2O作用后所有煤样晶体的晶面间距(d0 0 2)均增加;微晶堆砌高度（Lc）和微晶平均直径（La）的降低分别源于煤基质的溶胀效应和ScCO2-H2O对煤有机结构中侧链和官能团的萃取效应。对于表面化学性质:长时间ScCO2-H2O作用降低了SCG和XY煤样的含氧官能团总量,增加了DQ和SH煤样含氧官能团总量。分析认为,含氧官能团的减少主要源于ScCO2-H2O对煤中小分子有机物的萃取效应,而其增加主要源于ScCO2-H2O与煤有机基团间的化学反应,以及在煤基质中的化学吸附效应。（2）长时间ScCO2-H2O作用会显著改变GO的表面形貌和粒径分布。对于表面形貌:长时间ScCO2-H2O作用减少了GO的表面褶皱,降低了其边缘卷曲程度,且对不同氧化程度GO表面形貌的影响较小。对于粒径分布:长时间ScCO2-H2O作用减小了低氧化程度石墨（L-GO）的粒径,增大了中氧化程度石墨（M-GO）和高氧化程度石墨（H-GO）的粒径。此外,长时间ScCO2-H2O作用显著改变了GO的孔隙结构、晶体结构和表面化学性质。对于孔隙结构:长时间ScCO2-H2O作用显著增加了三种GO的介/大孔比表面积、孔体积和平均孔径。分形结果表明长时间ScCO2-H2O作用对GO孔隙表面平整度的提高具有促进作用。对于晶体结构:长时间ScCO2-H2O作用后,L-GO、M-GO和H-GO的d均增大。相反地,作用后三种GO的Lc和La均减小。对于表面化学性质:长时间ScCO2-H2O作用后,GO中C-O和C-O-C含量均降低,这主要与ScCO2-H2O的萃取效应有关;相反地,C=O和C=C含量增加,可归因于CO2的化学吸附作用及其与有机结构间的化学反应。此外,C=O含量增加还可能源于CO2中的C原子和C=O中O原子的络合作用。（3）长时间ScCO2-H2O作用能够影响饱和CH4煤样的CO2驱替过程。具体地,长时间ScCO2-H2O作用提高了CH4在气相主体中的摩尔分数和CO2在吸附相中的摩尔分数。长时间ScCO2-H2O作用后,SCG,DQ和SH煤样中CH4和CO2的混合吸附量增加,而XY煤样与之相反。此外,ScCO2-H2O作用后,SCG,DQ和SH煤样的CH4吸附量显著降低,CO2吸附量显著增大。然而,对以无机矿物为主的XY煤样,CH4和CO2的吸附量受控于CO2注入压力(Pinj)。在较高Pinj下,三种煤样的CH4采收率（η）由大到小依次为:SH＞DQ＞SCG,且η与Pinj呈正相关关系。相反地,XY煤样的η随着CO2注入压力的增大而减小。此外,长时间ScCO2-H2O作用后,所有煤样的η均显著增大。当CO2注入压力为9 MPa时,可获得CO2最大吸附量和CH4最大解吸量,故其为本论文CO2最佳注入压力。综上,本论文研究成果有助于厘清长时间ScCO2-H2O-煤间的流-固作用关系及其对煤有机结构和CH4驱替的影响,对CO2-ECBM技术的实施具有重要的理论意义和实际参考价值。