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在油气开采过程中,会产生大量的油田污水,随意排放会污染环境,再次注入地下会伤害地层,进而影响油气开采。所以,油田污水是制约我国油气开发的关键环节,油田污水处理应该属于油田生产进程中的重要部分。针对大牛地气田压裂返排污水所存在的问题,本文开展了污水的深层次处理,并对污水和处理水配制的压裂液性能进行了一系列的对比评价。针对大牛地气田返排污水中钙镁离子含量高的问题,开展了碳酸钠-氢氧化钠组合法和13A沸石脱除污水中钙镁离子的研究,研究发现当碳酸钠加入量为污水中钙镁离子总物质的量的45%时能高效并且经济的脱除污水中的钙镁离子,13A沸石也可以高效的脱除污水中的钙镁离子,但是,沸石再生在油田环境下难以实现;针对大牛地气田返排污水COD值较高的问题,开展了Fenton试剂氧化处理污水的研究,其最佳的氧化条件为pH=3.5,H2O2初始浓度为0.095mol/L,Fe2+/H2O2(摩尔比)=2:10,H2O2/COD(质量比)=1:1、反应时间T=60min,最终有机物残余为71mg/L;针对大牛地气田返排污水油含量较高的问题,开展了阳离子聚丙烯酰胺污水除油实验,除油率高达96%,研究发现这种絮凝剂除油的最佳条件为:加药量为70mg/200mL污水,温度为80℃;碱式磷酸铁复合络合物形成的Fe(OH)3凝胶可以有效去除污水中的残余油,除油率达到90.6%,同时可以起到调节pH的作用,用碱式磷酸铁复合络合物作为pH调节剂,研究发现使用碱式磷酸铁复合络合物调节pH的污水可以在30℃~90℃地层温度下至少稳定保存3天。同时,开展了针对处理水与蒸馏水配制压裂液基液性能以及综合性能的对比评价,研究发现:处理水配制的压裂液,抗温抗剪切能力强,破胶彻底,返排率高;并且,通过动滤失伤害实验发现,处理水配制的压裂液对地层的伤害较小,满足现场压裂施工的要求。