【目的】为揭示注二氧化碳强化煤层气开采(CO₂-ECBM)过程中的储层参数演化规律及初始储层压力对煤层气注气开采效果的影响。【方法】利用多场耦合煤层注气增产物理模拟试验系统,开展了恒定注气压力2.0 MPa和初始储层压力分别为1.5、1.0和0.5 MPa的注CO₂驱替CH₄试验研究,探讨了CO₂驱替CH₄过程中储层压力、温度和体积应变等多物理场参数的时空演化规律及其驱替效果,并在分析其作用机制的基础上对CO₂驱替CH₄过程进行了阶段划分。【结果和结论】结果表明:(1)在驱替过程中,注气井储层压力高于生产井储层压力,且压差随初始储层压力增大而增大,最大值为0.34 MPa,而储层平衡压力随初始储层压力增大而减小。(2)储层温度在距离注气井越近的位置越早上升,且初始储层压力越小温度上升速率越大,储层平衡温度随初始储层压力增大而减小。(3)储层体积应变演化可划分为缓慢上升、急速上升、趋于平缓3个阶段,储层体积应变随初始储层压力增大而减小。(4)在驱替过程中,初始储层压力从0.5 MPa依次增至1.0、1.5 MPa时,CH₄采收率由91.00%依次降至88.48%、86.81%,随初始储层压力增大呈现减小趋势,与之相反,CO₂突破时间和CO₂封存效率随初始储层压力增大而增大。驱替过程各阶段作用机制不同,阶段1 (CO₂未突破阶段)和阶段2 (CO₂突破阶段)的CH₄累积体积、CO₂封存体积随着初始储层压力的增加而增加,均占整个驱替过程中CH₄累积体积、CO₂封存体积的80%以上。研究成果为构建煤层气高效开采协同CO₂地质封存一体化技术提供理论依据。