油、气、水分离就是对油气井采出物中的油、气、水进行分离，为后续处理做准备，包括油气水三相分离、油水分离、油气分离，是石油工业中对油气处理非常重要的一步。
油井采出物经过计量站的计量之后，就来到了联合站，这时就需要将油井产出的原油、伴生气和采出水进行分离，也就是我们通常所说的油、气、水分离。为了处理、储存和输送油井产出油、气、水混合物，需要将其按液体和气体分开，并将水从原油中脱除。前者称为油气分离，后者称为原油脱水。
油气分离包括平衡分离和机械分离两种方式。油气混合物在某一压力和温度下，只要油气充分接触，就会形成一定组分的气相和液相，这种现象称为平衡分离。把形成的液相和气相用机械的方法分开，称为机械分离。将油气混合物分离为单一相态的原油和天然气的过程，通常是在油气分离器中进行的。无论采用什么形式的分离器，都应使溶解于原油中的气体及气体中的重组分在分离器控制的压力和温度下尽量析出和凝析，使气液两相接近平衡。从理论上讲，油气分离可分为三种方式，即连续分离、一次分离和多级分离。
现场试验表明，分离级数越多，储罐中原油回收率就越高，但过多地增加分离级数，储罐中原油回收率的增加量将越来越少，投资上升，经济效益下降。生产实践证明，气油比较高的高压油田，可采用三级或四级分离，而对于气油比较低的低压油田一般采用二级分离。
原油脱水就是将水从原油中脱除。油井中生产出的油气混合物常含有大量的水和泥砂等，特别是在油田的后期生产中，油井采出的水量可达其产液量的90％，甚至更高。另外，在集油过程中，当采用掺活性水或掺蒸汽集油流程时，也会使油中含水增加。原油脱水主要方法有原油热化学沉降脱水、原油电脱水、先沉降后电脱水。一般对于含水率大于30％的原油，在脱水前先进行预沉降处理，分离出游离水后再进入脱水装置。合理的原油脱水工艺应根据原油性质、含水率及乳化程度、破乳剂性能等，通过试验和经济对比优化确定。
常用的设备为两相分离器或三相分离器。两相分离器主要是进行油、气两相分离，所以称之为两相分离器，也被称为气液分离缓冲罐。三相分离器则是用来进行油、气、水三相分离的设备，通常分为卧式、立式两种。卧式三相分离器，油气混合流体经油气混合物入口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道并经过整流器和重力沉降，分离出液滴；液体进入液体空间分离出气泡后，油向上流动、水向下流动得以分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水经溢流挡板进入水槽并从排水口流出。
立式三相分离器，油气混合流体经油气混合物入口进入分离器后，通过流速和流向的突变完成基本相分离，气体向上流动过程中在气体通道经重力沉降分离出液滴，液体经降液管进入油水界面，气泡及油向上流动，水向下流动得以分离。