本发明的目的在于提供一种海洋封存二氧化碳与置换开采水合物一体化的方法，其利用海洋钻采平台和多分支水平井将工业捕集处理后的二氧化碳注入到海底沉积层中，前期以天然气水合物置换开采为主，中期置换开采与水合物沉积层封存兼顾，后期水合物衰竭后通过注入井另一分支实现二氧化碳在深部咸水层中的封存，可进一步提高此封存工程的二氧化碳封存量。该发明不仅能够实现海洋水合物的置换开采，收获一定的经济效益，并且能够在一定程度上避免水合物分解引起的地层沉降和出砂问题，同时后期在深部咸水层中对二氧化碳进行封存，节约了单独建造封存设备的成本，解决了封存量小和封存效率不高的问题，实现水合物置换开采与二氧化碳沉积层封存的一体化双赢。