海上油田污水来源于在油气生产过程中所产出的地层伴生水。为获得合格的油、气产品，需将伴生水与油气进行分离，分离后的伴生水中，含有一定量的原油及其他杂质，这些含有一定量原油和其他杂质的伴生水称之为含油污水。
一般情况下，海上生产污水经污水处理设备处理后，达到相应海域国家规定污水含油浓度排放标准后，直接排海。随着社会环保意识和国家海洋环境保护力度的加强，特别是新的海洋石油含油污水排放标准《GB4914-2008海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》的颁布，排放标准进一步提高，对污水处理工艺和设备提出了更高的要求。目前各海洋油田相继采用新工艺、新技术提高污水处理能力，不断降低排放污水含油浓度，在可能情况下采用污水回注地层实现零排放，最大限度减少对海洋环境的影响。
1 含油污水水质
分散油：油珠在污水中的直径较大，为10～100μm，易于从污水中分离出来，浮于水面而被除去。这种状态的油占污水含油量的60%～80%。
乳化油：其在污水中分散的粒径很小，直径为0.1～10μm，与水形成乳状液，属于0/W“水包油”型乳状液。这部分油不易除去，必须反相破乳之后才能将其除去，其含量占污水含油量的10%～15%。
溶解油：油珠直径小于0.1μm。由于油在水中的溶解度很小，为5～15mg/L，这部分油是不能除去的，其占污水含油量的0.2%～0.5%。
污水中含有的阳离子常见的有Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等，阴离子C032-、C1-、SO42-等，这些离子在水中的溶解度是有限的，一旦污水所处的物理条件（温度、压力等）发生变化或水的化学成分发生变化，均可能引起结垢。
污水中还可能含有溶解的CO2、O2、H2S等有害气体，其中氧是很强的氧化剂，它易使二价铁离子氧化成三价铁离子，从而形成沉淀。CO2能与铁反应生成碳酸铁沉淀，与铁反应则生成腐蚀产物-黑色的硫化亚铁。
污水中常见的细菌有硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌。这些细菌均能引起对污水处理、回注设备及管汇的腐蚀和堵塞。
生物毒性：根据《GB18420.1-2009海洋石油勘探开发污染物生物毒性》，本节所述典型油田属于国家二级海域，生产水生物毒性允许值为50000mg/L，根据检测频率要求，每月至少检测一次生物毒性。
2 污水处理方法
含油污水处理方法有物理方法和化学方法，但在生产实践过程中两种方法往往结合应用。
2.1 沉降法
靠原油颗粒和悬浮杂质与污水的比重差实现油水的自然分离，主要用于除去浮油及部分颗粒直径较大的分散油及杂质。
2.2 混凝法
所谓混凝法就是向污水中加入化学混凝剂（反向破乳剂）使乳化液破乳，使油颗粒发生凝聚，油珠变大，上浮速度加快。电泳试验证明，污水中的油珠带负电荷，因此只要加入水解后能形成带正电的胶体物质，使其和油珠所带的负电荷中和，就能达到凝聚作用。混凝剂的加药量与污水水质有关，尤其与污水含油量或悬浮物含量有关，室内应评选出合适的混凝剂并确定最佳的加药量，然后根据现场试验进行上下调整以确定现场的最佳使用浓度。
2.3 气浮法
气浮法就是向污水中通入或在污水中产生微细气泡，使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附在空气泡上，随气泡一起上浮到水面，然后采用机械的方法撇除，达到油水分离的目的。气浮法分为溶解气气浮、电解凝聚气浮、机械碎细气浮，其中机械碎细气浮又分为叶轮式气浮法和喷嘴式气浮法。
气浮法的除油效率随着气泡与油珠和固体颗粒的接触效率和附着效率的提高而提高。气液接触时间延长可提高接触效率和附着效率，从而提高除油效率。增大油珠直径，减小气泡直径和提高气泡浓度既可提高接触效率，也可提高附着效率，是提高除油效率的重要措施。其它一些因素如温度、矿化度、处理水含油量和水中所含原油类型也都直接或间接地影响除油效率。因此处理不同的油田污水，即使同样的设计，处理后的含油量也不相同；同一个水源，采用不同的气浮法处理，处理后的水质也不一样；即使同一个水源，采用同样的气浮法处理，但随着处理水物性的变化，处理后的水质也会发生变化。因此，必须搞清这些因素对除油效率的影响及其之间的相互作用，从而采用针对性措施，提高气浮法净化油田污水的效率。
2.4 过滤法
过滤就是通过滤料床的物理和化学作用来除去污水中的微小悬浮物和油珠及被杀菌剂杀死的细菌及藻类等。过滤法是一种用于含油污水深度处理的方法。污水经过自然沉降除油，气浮分离，混凝沉降后，再经过滤进一步处理，就可达到污水排放或回注油层的标准。过滤一方面是通过滤料的机械筛滤作用，把悬浮固体、油珠及细菌及藻类等截留到滤料表面，或转到先前被截留在滤料内的絮凝体表面；另一方面，通过滤料的电化学特性把悬浮固体颗粒、油珠及细菌藻类等吸附在滤料的表面上。影响吸附的因素有滤料颗粒、絮凝体和油珠的大小以及它们的粘着特性和剪切强度等物理因素，还与悬浮固体颗粒、油珠等的电化学特性有关。
2.5 水力旋流法
利用水力旋流器进行污水处理，是让含油污水在一个圆锥筒内高速旋转，由于油水密度不同，密度大的水受离心力的作用甩向圆锥筒筒壁，而密度稍小的油滴则被挤向筒的中心，因此油和水可以从不同的出口分别流出，达到使含油污水脱油的目的。
3 南海典型FPSO污水处理工艺
3.1 常用污水处理工艺技术
3.1.1 工艺流程
来自一、二级分离器的生产污水进入生产水舱进行沉淀，来自惰气系统的惰气作为三个舱的密封气，过量的气体则经冷放空装置安全排放。分离出的油可通过溢流管线进入污油水舱，水则通过生产水泵输送到生产工艺模块的水力旋流器进行油水分离，使水中含油浓度不大于30mg/1，经水力旋流器处理后的污水再经过撇油罐脱气处理后，排入海中。
3.1.2 水力旋流器的工作原理
水力旋流器是由一组旋流管组成。旋流管是个特殊加工的锥形管。液体通过切线型入口进入旋流管，使进入的流速在入口转化成切线速度，从而在流体中产生一个离心力。当进液沿锥型体向下游流动时，切线速度增加，从而离心力也增加，比较重的水相受到比较高的离心力，靠向旋流管的外壁，而比较轻的颗粒，通过维持在底流上足够的回压，管体中心的油相与主流体相反的轴向流向溢流出口。
为了保证油相从溢流管线流出，在水出口的回压（底流压力）应大约是进口压力的一半。另外进口压力同溢流压力差与进口压力同底流压力差的比值对应于压力差比率，回流率为溢流量占污水进入量的百分比。
TL1.05型旋流管的压力差比调节在1.7至2.0之间，则处理水的效果比较好。
3.1.3 配套的化学药剂注入系统
针对污水处理系统所配置的化学药剂注入系统由化学药剂罐、计量泵和管汇组成。化学药剂罐的容量，一般按其注入量大小选择，罐上设有搅拌器，是为了使配置的化学药剂达到均匀混合；罐上设有相应的液位显示，人孔等。化学药剂注入泵选用机械隔膜计量泵，能够准确的调整注入量。注入污水处理系统的化学药剂主要是清水剂和防垢剂。
3.2 高效污水处理工艺技术
3.2.1 工艺流程
该油田投产8年后，综合含水率达到80%，经过一系列的换大泵提液稳产措施后，FPSO上污水处理量大大增加，原有的12000m3/d的污水处理能力已经不能满足要求，需增加一套新的污水处理设施。
通过调查研究发现，由传统的水力旋流器加脱气罐组成的污水处理模式由于在污水处理深度、能耗和占用空间方面的限制，不能满足在FPSO有限空间上的污水扩容要求。通过调研分析，近年来广泛使用的气浮旋流组合处理技术具有能耗低、操作简单、维护费用低、占地面积小、性能稳定、除油效率高等特点，相对于传统的水力旋流器加脱气罐系统具有很多优势，能够满足FPSO上空间和环保的苛刻要求。
2010年4月，该FPS0上安装了一套SJPEE公司生产的日处理能力为8000方的深度涡旋气浮选装置（CFU，Compact Float Unit，简称浮选器）。
3.2.2 深度涡旋气浮选装置的性能特点
该CFU装置结合现代旋流约束涡流（CCSF）理论，大大强化现代最佳气浮分离器设计，以达到高效油水分离，具备以下特点：
①立式容器设计，在增强分离效果的同时大幅度减小设备占地尺寸。
②采用独特的强化气浮分离工艺，充分利用溶解气和导入气。
③采用独特的外部可调气/液接触和导入气以“微气泡”的形式进入设备。这些“微气泡”由涡流带动流经整个设备，然后汇集至中心液面。这也是该技术命名的由来。
④特别适合于FPSO，确保设备的分离特性不受摇摆的影响。
⑤在排放要求极其严酷的条件下，也可将设备设计成两级串联使用。
该装置投产半年来，生产污水处理效果良好（在串联模式下，CFU进口生产污水浓度为70mg/1时，排海浓度可达15mg/1；并联模式时，排海浓度为20-30mg/1，大大低于所在海域的生产污水含油浓度排放标准）。
4 FPSO污水处理系统遇到的典型的问题及处理办法
4.1 三个生产水舱的压力控制
因为工艺的需要，经常需要隔离单个生产水舱进行沉淀，这时容易造成其它两个生产水舱压力高，而被隔离的生产水舱压力低；或者单独处理一个生产水舱污水时，容易造成该舱负压。而现场三个生产水舱的补气和放空管线都是共用的，所以现场操作人员要经常分别调节三个舱的压力。
通过连通三个生产水舱的高位溢流阀（每个生产水舱一般有高中低三个溢流阀，用于溢流生产水舱上层的原油）来保持三个舱的压力相等，连通后三个舱的压力基本能保持一致，大大降低了工作量，同时能确保各舱压力在正常范围内。
4.2 生产水泵机封频繁故障处理
随着油田综合含水率的升高，生产水温度也随之升高，从投产时的50℃上升到目前的75℃左右，加之三台生产水泵处于泵舱底层，通风状况不良，泵体轴承温度偏高，机封漏水频率很高。
经过改进机封类型及耐温等级，并在在每台生产水泵轴承处加装透气通风管线，及时带走泵体热量，采取给直接通风措施后，轴承温度从以前的92℃左右降至72℃左右，生产水泵的运行状况良好，轴承温度正常，大大增加了设备的使用寿命。
4.3 扫舱水影响生产水处理效果问题
FPSO上生产模块收集的污水，和由扫舱泵泵入的各货油舱舱底水汇集到两个污油水舱，污油水舱的污水再通过扫舱泵泵入生产水舱，经沉淀后进入生产污水处理系统。
通过优化污水处理流程，尽量延长扫舱水在生产水舱的沉降时间；同时向污油水舱加入适量的清水剂。通过这两条措施，使污水处理效果得到明显好转。
海上油田在进行污水处理工艺的选择时，不仅要以油水品质为基础，还要综合考虑油气田所处海域国家环保法律的排放要求、污水处理设施运行环境，充分比较各种污水处理工艺的优缺点，最终选择满足环保要求的最经济有效的生产污水处理工艺技术。
