本发明公开了一种复合电场脱水装置，包括分离罐、原油进出管、排水管、进料分配器、集油管及变压器，原油进出管和排水管设在罐体上，进料分配器和集油管设在罐内且与原油进出管相连；变压器设在罐体外；进料分配器与集油管之间设有用于对油水进行分离的复合电场区，所述复合电场区包括在竖直方向上间隔布置的若干个电极层，所述若干个电极层包括至少一个与所述变压器电性连接的第一电极层和至少一个接地的第二电极层，所述至少一个第一电极层和所述至少一个第二电极层相互配合，形成至少两个在竖直方向布置的电场区。该装置可有效实现对不同含水量的高含水原油进行多级高效油水分离，以达成其生产目的。