一种基于储层润湿性优化设计及分层调控的二氧化碳封存方法，针对二氧化碳封存过程提出以下四步解决方案：二氧化碳封存过程渗流特性模拟方案、储层润湿性优化设计方案、储层润湿性调控方案、二氧化碳封存布井设计方案。首先通过相关方法获得储层接触角与二氧化碳渗流特性之间的量化关系，采用大尺度模拟器量化模拟储层接触角分布对二氧化碳封存的影响规律，根据模拟结果对储层润湿性进行分层优化设计与调控；在布井方式上采用“一井多用‑双井配合‑网式布局”布局模式，提高布井灵活性。本发明为储层润湿性调控提出了科学有效的规划及实施方案，分层调控方式能够有效增加二氧化碳封存量，提高可注入性，降低二氧化碳泄漏风险，增强二氧化碳封存安全性。