碳酸盐岩油田采出水中含有较高浓度的溶解态CO2,致使水体p H值呈弱酸性,造成管路和设备腐蚀、沿程水质不稳定等问题。常用的化学改性技术运行成本较高且会产生一些副产物,物理吹脱技术改性效果明显且不造成二次污染,因此更受青睐。本文结合气液相平衡和经典传质速率理论,在常规物理吹脱工艺的基础上,依据“静态扰流分散+文丘里破碎”理念,设计了新型微细气泡发生器,并对其成泡性能与吹脱改性效果进行测试验证。本文首先进行常规管口鼓气与微孔介质曝气下水中CO2溶解与脱除的静态实验研究与动力学分析,验证降低气泡粒径有利于提高CO2脱除效率。为降低气水比、缩短反应时间,在探究静态扰流分散式微气泡发生器成泡性能的基础上,通过“静态扰流成泡+旋流离心脱气”吹脱改性室内实验平台,测得SV型静态混合器在最佳气水比2.0:1-3.5:1下的CO2脱除效率约为80%。为了进一步减少能量消耗、提高吹脱改性效果,本文设计研发了一种适用于小气水比、结构紧凑、性能高效的新型微细气泡发生器,主要由板式预成泡元件与文丘里破碎元件两部分组成。进而以分散系数、设备压降作为评价指标,利用CFD数值模拟与响应曲面法对板式预成泡元件进行结构优化,并对最优结构的成泡性能进行预测分析。数值模拟结果表明,气液两相在新型微细气泡发生器出口处即可实现气液两相均匀混合分散。然后,基于室内实验手段探究新型微细气泡发生器的成泡性能,在最优工况下,测得气泡粒径在100-150μm之间,产生气泡的数量充足且微细气泡数量占比高达90%。采用“微细气泡吹脱+旋流离心脱气”实验平台进行酸性水吹脱改性处理,并探究操作参数和水质参数对吹脱改性效果的影响规律。实验结果表明,当气水比为1:1时,CO2脱除效率就能达到80%以上;升高温度、降低水体p H值、减小含油浓度,均有利于提高吹脱改性效果。在此基础上,进行微细气泡浮选除油和吹脱改性工艺方案设计。基于微细气泡吹脱进行酸性水改性处理,在小气水比下快速高效脱碳,有助于大幅度降低油田酸性水改性系统的建设投资和运行成本,相关技术还能拓展应用于饮用水脱酸、养殖水体脱碳等其他技术领域。