随着我国油气田的开发，部分油气田进入特高含水期，采油污水量非常巨大，2010年全国达到12亿方，且逐年增长。如何把采出水通过一定的方法经济有效的处理合格后回注地层投入再生产，实现油田采注水量平衡，有效节约水资源，已成为石油行业的重要课题。吐哈油田地处新疆吐鲁番-哈密盆地戈壁荒漠地区，地下淡水资源显得尤为珍贵，有效的利用采出水处理后直接回注地层，不但可以节约清水资源，同时可以减少废水排放对周边本就脆弱的生态环境的影响。论文在前人对油田采出水处理技术研究的基础上，结合吐哈油田目前采出水处理装置的运行现状开展了针对性研究，找处了前期物化处理工艺的不足和缺陷；结合工程实例研究了生化污水处理技术在吐哈油田的适用性；对不同杀菌技术和缓蚀防垢技术在油田现场的应用效果进行了评价研究；结合温米联合站污水处理装置的改造，提出三种不同的方案，进行了深入的比较分析，优选了充分利用现有设备设施的生化处理改造方案，为下一步进行其它老污水站的生化改造提供了方向。通过深入细致的研究，取得的成果主要有：1.发现了物化处理方式在油田不同现场应用的共性缺陷。受流程较短因素的限制，系统承受冲击的能力较弱，采用物化处理的污水处理装置采出水处理效果普遍不稳定。水处理系统杀菌药剂成本较高，原有防腐防垢措施的适用性一般，导致流程设备设施腐蚀严重。部分过滤器滤料漏失严重，一定程度上增加了运行成本。2．证明了生化污水处理方法在吐哈油田的适用性。通过红连污水站的前期先导试验，以及后期雁木西、三塘湖、鲁克沁污水处理装置的持续应用改进，证明污水生化处理技术对吐哈油田水质是适应的，不但抗冲击能力强，而且有效的提高了出水水质，节约了成本。3．探索出了适合吐哈油田不同水处理工艺的杀菌和缓蚀防垢技术。通过对化学除菌、复合二氧化氯杀菌技术与紫外线杀菌技术的研究，总结出在不同的工艺和水质条件下可以组合使用的有效杀菌方法。通过对阴极防腐、高效净稳技术、使用新型材料、安装量子管道环等技术的研究和试验，找到了适应油田水质的缓蚀阻垢方法，进一步提高了油田采出水处理装置、管线的防腐效果。4．实施流程节点参数控制，在现有工艺不变的前提下，有效的改善了出水水质。通过对流程工艺节点处理指标的逐段控制，及时发现问题，对运行参数进行提前干预，变终端控制为过程控制，规范了采出水处理装置的运行与管理，改善了出水水质，提高了水处理的效果和效益。5．找到了油田老污水处理装置生化改造的可行方案。针对温米污水站的改造需要，提出三种改造方案进行经济及环境分析比较研究，得出充分利用现有设备设施进行老污水处理装置的生化改造经济环境上是可行的，为油田老污水站的改扩建提供了方向。