本发明公开了一种含油污泥脱水处理设备及其方法，涉及含油污泥处理技术。本设备包括撬座、输送泵、文丘里装置、螺旋送料机、第1调质反应罐、循环泵、臭氧射流器、静态混合器、臭氧强度控制罐、第2调质反应罐、鼓风机、螺杆泵、螺压脱水机、臭氧装置、2#絮凝剂调节罐和NaOH调节罐。本发明工艺简单，能较好地解决油田含油污泥的脱水难题；采用臭氧脱稳是一个创新，不用药剂且无二次污染；所采用的装置为一体化全自动撬装装置，钻地面积小、自动化程度高、投资及运行成本都低于传统处理装置。