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对于油田废水，可以根据其污染物类型及污染程度，采用一种或多种水处理剂进行处理。常用于处理油田用水的水处理剂有絮凝剂、破乳剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等。
在水处理初期，可以用单一絮凝剂或者复配絮凝剂，使水中的胶体和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体，便于从水中分离出来，从而达到水质净化的目的。再根据其分子量的大小、官能团的性质以及官能团离解后所带电荷的性质，可将其进一步分为高分子、低分子、阳离子型、阴离子型和非离子型絮凝剂。
破乳剂大体分为两大类，一类是油包水乳状液的破乳剂，一般称为传统破乳剂，主要是用来脱除油中含的少量水分。第二类是水包油乳状液的破乳剂，称为反相破乳剂。反相破乳剂主要用于含油污水处理，广泛应用于油田、气田、页岩气开采、炼油、石化、化工等行业含油废水的除油操作。
反相破乳剂分为以下几类：
（1）电解质 可压缩、减少油珠表面的扩散双电层，减少油珠表面电荷，增加油珠碰撞合并的机会，可用的电解质有NaCl、MgCl 2 、CaCl 2 等。
（2）低分子醇 如甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇、正戊醇等。另外，低分子胺或低分子酸也具有低分子醇相似的作用。
（3）表面活性剂 阳离子表面活性剂如十四烷基三甲基氯化铵、二癸基二甲基氯化铵，它们可与阴离子类型的乳化剂反应，改变其亲水亲油平衡值，或吸附在水湿性黏土颗粒表面，改变其润湿性，破坏水包油型乳状液。另外，一些可作为油包水型乳化剂的阴离子表面活性剂以及油溶性的非离子表面活性剂，也可用作水包油型乳状液破乳剂。
（4）高分子化合物 主要使用的是阳离子型高分子化合物，也可使用非离子型高分子化合物。它们通过形成不牢固的吸附膜聚集油珠、增溶乳化剂等起到破乳作用。阳离子型高分子化合物还可中和油珠表面的负电性，或与表面带负电的固体乳化剂等起到破乳作用。
以上各类反相破乳剂通常复配使用，如氧烷基化酚醛树脂与多烯多胺复配，高当量石油磺酸盐与无机盐复配，低分子醇与盐复配，季铵盐、醇与盐复配等。一般而言，复配剂的作用效果优于单剂。
在油田二次采油中，需要大量回注水，由于回注水中一般都含有硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和铁细菌等一系列不利于注水采油的细菌微生物。油田系统中微生物的生长、代谢和繁殖可造成钻采设备和注水管线及其他金属材料的腐蚀和损坏、管道和注水井的堵塞；使油层孔隙渗透率下降，妨碍注水采油：甚至可以降解其他油田化学品并且降低药剂的使用效率。由于化学品处理法具有经济、方便、高效等特点，因此在我国油田工业生产实际运行中一直作为主要的处理手段。油田常用杀菌剂包括氧化型杀菌剂和非氧化型杀菌剂。
① 氧化型杀菌剂主要包括氯系列（如氯气、二氧化氯、稳定性二氧化氯、次氯酸、次氯酸钠等）、溴系列（如溴素、活性溴化物、氯溴等）、臭氧及过氧化氢等。
② 非氧化型杀菌剂主要包括离子型杀菌剂、非离子型杀菌剂和复合杀菌剂。
油田注入水中含有溶解氧会产生诸多危害：①水中溶解氧不仅直接造成管道腐蚀，而且如果钢铁表面有沉积物存在，就会形成氧浓度差电池腐蚀，其腐蚀速度相当快；②水中溶解氧进入油层后对水中溶解铁和原油中的胶体进行缓慢的氧化，形成细小的沉淀，导致油层孔隙减小，降低原油的采收率；③三次采油中的注聚合物驱油提高采收率的广泛应用，亦对水中含氧有严格要求。实验表明，水中溶解氧会氧化聚合物，使高分子聚合物的分子链变短，致使黏度变小，最终降低了驱油效果。总而言之，对油田注入水除氧是十分必要的。
油田常用的除氧剂有亚硫酸钠、联氨以及丙酮肟等，他们可以单独使用，有时也与催化剂或其他除氧助剂配合使用。
结垢问题是困扰注水开采和三元复合驱技术发展应用的大问题。在油田注入系统，由于碱与二氧化碳的不完全反应生成阴离子碳酸根或碳酸氢根，并与水中的阳离子（钙离子、镁离子及钡离子等）结合，在地下储层中，泵头、泵阀、静混器、注入泵及采油井井筒内，地面油气集输设备管线内产生无机盐结垢。在采出系统中，由于碱与油藏中的一些岩石矿物质发生化学反应，使采出液随温度、pH值、摩擦力变化，导致井筒中大量结垢。这些结垢问题常常导致正常生产过程的中断，降低产油率，增加成本。因此阻垢剂的研究和使用一直受到人们的重视。
油田所用阻垢剂多为聚合物阻垢剂，根据聚合物阻垢剂成分，分为天然与合成聚合物阻垢剂两类。合成聚合物根据是否含有磷元素又可分为合成含磷聚合物阻垢剂和无磷阻垢剂。
① 天然聚合物阻垢剂，如淀粉、木质素等天然物质来源广、价格低廉，对环境无污染。但是，总体来说阻垢效果一般，在尚未发展聚合物阻垢剂的时期广泛使用。如果对它们改性，则能显著提高其阻垢效果。
② 合成含磷聚合物阻垢剂主要有两种形式，一种是在聚合物阻垢剂中加入含磷化合物，另一种则是直接使用含磷聚合物，如聚多氨基多醚亚甲基膦（PAPEMP）（平均分子量600左右）。
③ 合成无磷聚合物阻垢剂。由于有机磷流失到环境中会给环境带来严重污染，因此无磷聚合物阻垢剂越来越受到人们的重视。