本发明公开一种双层腔全重力平衡油气水处理一体化装置，涉及油气水处理设备领域。包括斜管、上层罐和下层罐。上层罐包括油水混合腔、乳化油腔和集水腔；下层罐包括沉降净水腔、沉降净油腔和电脱水腔；上层罐位于下层罐的上方，斜管位于上层罐的上方，通过合理布局上层罐和下层罐之间各个腔体的连通流动关系，实现全重力平衡油气水处理。与现有技术相比本发明的有益效果是：具有低能耗、小型化、智能化、精细化的特点，可以实现高含水油一橇直接出净化原油，代替目前联合站内预分水、加热、提升、大罐沉降、加药、反冲洗等7项单独的流程，大幅缩短站场流程，降低集输系统能耗，为老油田实现短流程模式提供有力支撑。