非常规天然气采出水中结垢离子含量较高，影响水质的深度处理和后续回用。综合利用化学法的低成本及高效的优势，结合离子交换法具有精细去除结垢离子的特点，研究非常规天然气采出水梯级去除硬度的影响因素，以期对采出水的实际深度除硬具有指导意义。采用混凝-絮凝化学法初步降硬、离子交换法深度除硬的技术手段进行梯级降硬效果研究，结果表明：化学法初步降硬时，水体pH=11、PAC添加量0.5%、搅拌速度为150 rpm、反应时间15 min，PAM添加量0.3%、搅拌速度100 rpm、反应时间15 min时，结垢离子去除效果较好，此时硬度去除率为84.96%。离子交换法深度除硬时，结垢离子在树脂上兼具离子交换和物理吸附双重作用，其饱和交换/吸附容量可达38.46 mg/g；动态硬度去除率随时间呈梯级下降趋势，进水流速越慢硬度去除效果越好。综合效果显示，采用化学法结合离子交换法的梯级处理技术可有效去除采出水中的结垢离子。