石油的需求量不断攀升而储量不断下降，使得特低渗透油田的开发已成为未来石油工业的主要发展方向。特低渗透油藏由于渗透率低，注水过程极易发生堵塞，对水质要求较高，而现有的采出水处理工艺难以满足这一回注水水质处理要求。本文针对大庆油田开发生产面临的技术问题，研发了高效稳定的特低渗透油田采出水回注处理工艺，并对其处理机理进行了深入研究。针对大庆外围特低渗透油田采出水的水质特性，研发了“破乳-分置式MBR（膜生物反应器）工艺”。对破乳除油处理的影响因素进行探讨，确定了无机盐对特低渗透油田采出水破乳的机理，在此基础上制备了新型破乳絮凝剂，并对运行条件进行了优化。优化了分置式MBR工艺的控制参数，并进行了动力学特性研究，考察了采出水中含有的表面活性剂及絮凝剂对系统运行及膜污染的影响及作用机理。最终对破乳-分置式MBR工艺进行了技术经济分析。具体研究成果如下：无机盐对特低渗透油田采出水乳状液破乳有重要影响。对无机盐破乳过程进行了模拟，确定了无机盐对特低渗透油田采出水乳状液破乳的主要机理为：无机盐电离后与油珠表面电荷以及采出水中的表面活性剂之间相互作用，导致Zeta电位发生变化，当电荷中和起主要作用时，Zeta电位下降，双电层被压缩，乳状液即被破坏。进一步推导出了特低渗透油田采出水乳状液的破乳絮凝动力学方程。制备了以聚硅酸硫酸铝、Ca2+以及微量的聚丙烯酰胺为主要成分的复合型破乳絮凝剂HXN。并对其操作条件进行优化：HXN投药量为4~6mg/L，搅拌强度控制在60~100r/min，搅拌时间为15~25min，沉淀时间35min。通过对大庆特低渗透油田采出水进行现场试验表明：破乳后出水平均含油量为7.8mg/L，SS平均为51.4mg/L，处理效果良好稳定。通过考察含油量、COD以及悬浮固体含量和粒径中值的变化，对系统运行条件进行优化：水力停留时间为6h，污泥停留时间25d，污泥浓度控制在3800~4300mg/L，曝气强度（以DO计）为3mg/L；膜组件的进水压力介于0.07~0.12MPa之间，浓缩液出口压力为0.06~0.08MPa。通过研究MBR工艺处理特低渗透油田采出水的有机物降解和微生物增殖规律，建立了相应的动力学模型。表面活性剂和絮凝剂对分置式MBR工艺处理采出水的效果以及对膜污染有一定的影响。由于特低渗透油田采出水中表面活性剂含量较低，在MBR工艺中对含油量和COD的去除影响不大，而对于膜污染的影响有利有弊，因此在分置式MBR工艺中可不单独对其进行处理。絮凝剂的投加则对于污染物的去除率均有所提高，其主要贡献是对于一些难生物降解的胶体物质和乳化油的去除，从而大大提高了去除效果的稳定性，降低了膜组件的负荷。投加絮凝剂后，污泥絮体粒径有所增大，同时活性污泥混合液中SMP降低，从而减轻膜孔的堵塞，改善膜污染。向生物反应器中投加絮凝剂PAC对污染物去除的改善效果较佳，投药量以20~30mg/L为宜。采用破乳-分置式MBR工艺处理大庆外围特低渗透油田采出水，并进行抗冲击负荷试验，结果表明出水满足特低渗透油田采出水回注指标要求：出水含油量为2.04~4.11mg/L，SS为0.36~0.97mg/L，粒径中值平均为0.7μm，且出水中未检测出硫酸盐还原菌，铁细菌和腐生菌均少于30个/mL。对运行成本进行核算，处理每特低渗透油田采出水成本为5.97元/m3。由此可见破乳-分置式MBR工艺对特低渗透油田采出水的处理是高效经济稳定的。从工艺运行、投资成本、运行成本和管理维护等方面，对大庆油田常规的物化处理工艺和破乳-分置式MBR工艺进行了技术经济比较。总的来说，破乳-分置式MBR在运行成本、出水水质以及抗冲击负荷能力方面要优于物化处理工艺。