本发明公开了一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置。它包括预处理工艺系统、液化工艺系统装置和存储设施；预处理工艺系统包括设置在海上设施上的依次相连接的接收增压装置、脱酸装置、脱水和脱重烃装置；液化工艺系统装置包括无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置；存储设施包括重烃储存装置、LNG缓冲罐和LNG存储装置；上述各部件之间均通过管道相连接。本发明将海上油田伴生气经过预处理、液化后实现伴生气回收存储，从而降低伴生气回收成本，提高经济效益，同时减少海上油田污染，实现气体零排放。