本实用新型涉及老化油技术领域，且公开了一种基于多级真空分离技术的海上油田油水分离装置，括第一次脱水装置和第二次脱水装置，所述第一次脱水装置包括框架，所述框架的内侧底面设置有一级老化油循环泵，该基于多级真空分离技术的海上油田油水分离装置，通过在作业时打开进油口的阀门，利用真空泵的抽离将老化油原液吸入到一级真空闪蒸塔内，当达到预定液位后关闭进油口，然后开始进行内部循环脱水，老化油经过一级电加热器进行加热后，在通过雾化喷头喷淋到一级真空闪蒸塔内部的多孔波纹金属固体骨架结构的专用膜化填料上，膜内径向流速瞬间增大，膜内物质快速交换，气液两相接触面不断刷新，这就保证了薄膜具有一定的流体速度。