针对页岩储层中原油赋存特征及注CO₂提高采收率机制复杂等问题,依据渤海湾盆地济阳坳陷页岩油藏原油组分,采用分子动力学方法模拟了页岩储层原油赋存及CO₂置换过程,分析了无机和有机纳米孔隙中页岩油赋存特征,揭示了温度、孔径、纳米孔隙结构和壁面粗糙度对页岩油赋存及CO₂置换页岩油的影响。结果表明,页岩油在无机和有机纳米孔隙中均呈多层油膜分布,但在有机质壁面上形成的吸附层相对浓度较高。壁面对页岩油极性组分的吸附作用强于非极性组分,导致前者在壁面附近形成层数更多且厚度更大的油膜。温度升高,油分子动能增加,壁面页岩油吸附层浓度降低。孔径越小,壁面对页岩油吸附作用越强,吸附层原油浓度越高,且孔径减小不利于页岩油扩散和CO₂置换。页岩油在碳纳米管中呈多层油环分布,而在石墨烯狭缝孔中呈多层油膜分布。纳米孔隙壁面越粗糙,页岩油在壁面的吸附位点越少,原油吸附层浓度越低。而且,CO₂对页岩油的置换效率随着纳米孔隙壁面粗糙度增加而降低。