受吸附态甲烷占比高、地层能量弱等影响,常压页岩气藏采收率普遍不足30%。中国石化率先在四川盆地南川常压页岩气田开展注CO₂吞吐矿场试验,验证了海相页岩气注CO₂提高采收率的可行性。为推广该技术,以南川常压页岩气田为研究对象,开展室内实验—数值模拟—吞吐动态分析全链条研究,分析CO₂在不同页岩储层中竞争吸附差异性,探究矿场CO₂注入、吞吐特征,明确页岩气注CO₂吞吐提高采收率技术“增能+置换+解水锁”多机制协同机理,进而指导选井及方案优化。综合利用电镜扫描、测井解释、等温吸附实验等方法,揭示南川地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组常压页岩储层随埋深变浅、地层压力减小以及孔隙度、TOC和黏土矿物含量的增加,CO₂竞争吸附能力增强,超临界态CO₂吸附量最高可达CH₄的6~7倍。现场页岩气井注CO₂吞吐后,日产气可提高3.5~6.5倍,采收率提升1.9%~3.1%。根据2井3轮次注入—焖井阶段压力监测,CO₂主要集中在近井地带微裂缝中,扩散距离与地层压力、压裂缝网导流能力有关,一般不超过70 m。CO₂吞吐可划分为初期CO₂快速返排、早期提产和中后期稳产3个阶段,增产机理分别为早期增能补能、中期膨胀助排+解水锁、后期吸附置换+分压促解吸。吞吐提产的主要影响因素为储层改造程度和采出程度。中深层压裂效果较差的井在吞吐中早期换气率高,浅层采出程度较高的井在吞吐中后期累增气量高。结合数值模拟,建议优选吸附能力强、采出程度20%~30%、携液能力较差且关井压力尽可能达到7 MPa的井开展矿场先导试验。在低压低产阶段,中深层井可开展小规模多轮次注CO₂吞吐以增能助排,浅层井可开展大规模注CO₂吞吐以补充地层能量、吸附置换实现采收率提升。