陆相页岩油是中国油气增储上产的战略接替领域,但烃类流体流动性差和储层可压性差是制约页岩油开发的两大关键问题。针对这两大关键问题,以渤海湾盆地济阳坳陷页岩油为研究对象,开展了超临界CO₂-水-岩反应实验、扩散置换实验、真三轴压裂实验和三轴压缩实验,研究了超临界CO₂混合压裂机理及其应用技术。研究结果表明:页岩经过超临界CO₂溶蚀后,孔隙度可增大1~5倍,孔隙以中、大孔为主。裂缝随反应时间增加而变大,溶蚀2 h后裂缝宽度为399 nm,溶蚀12 h后裂缝宽度达到1 535 nm,宽度增大4倍,渗透率增大1~3个数量级。超临界CO₂对原油单次萃取效率高达24%,超过30 h后,萃取作用不再明显。与干燥页岩相比,经过超临界CO₂-水作用后的页岩抗拉强度降低31%。与干法压裂相比,超临界CO₂混合压裂既能充分沟通层理,形成层理缝,还能与后续水力压裂裂缝形成复杂的裂缝网络。在室内实验理论研究的基础上,开展超临界CO₂混合压裂矿场试验。试验结果对比表明:Y-1井中未注入CO₂的各段裂缝平均延伸压力为103.4 MPa,而注入了CO₂的各段裂缝平均延伸压力为100.5 MPa。注入CO₂后Y-1井的裂缝事件分布较为密集,各段平均事件数量为160.8个,各段平均有效改造体积为64.78×10~4 m³。同时,储层流体黏度和密度均有所降低,流动性能增强。