CO₂压裂-置换-驱替是提升页岩气采收率的重要方法。这项技术既可以进行储层压裂,同时置换CH₄,实现提高页岩气采收率,又能进行CO₂封存。因此,对现有CO₂压裂-置换-驱替相关技术成果进行总结认识对于该领域的下一步研究非常重要。本文以科学机理的角度从超临界CO₂压裂、CO₂置换CH₄、CO₂驱替CH₄以及CO₂压裂-置换-驱替联合技术提高页岩气采收率的相关科学问题4个方面展开综述。结果表明:该技术具有绿色、清洁、环保、节约资源等特点;超临界CO₂压裂相较于水力压裂具有降低岩石强度、保持黏土矿物稳定、增加孔隙压力、相变致裂和产生热应力5种优势; CO₂相较于CH₄具有分子直径小、吸附温度低、自扩散系数小以及具有四极距性质等优势,CO₂分子通过竞争吸附实现对CH₄分子的置换; CO₂在压力作用下驱替CH₄分子,该过程受到温度、压力、孔径等多因素影响;目前,存在超临界CO₂增黏问题、CO₂/CH₄竞争吸附过程微观机理问题、吸附位点量化问题、CO₂驱替CH₄过程的渗流机理与力学机理问题、储层改性问题、CO₂地质封存与监测等问题有待深入研究。CO₂压裂-置换-驱替联合技术具有广阔前景,是缓解能源压力,助力实现“双碳”目标的重要技术。