Đây là giai đoạn điều tra cơ bản nhằm xác định nguồn tài nguyên dầu khí trong lòng đất, đầu tiên là nghiên cứu địa chất, địa vật lý bằng các phương pháp định vị, xác định từ trường, trọng lực, đo điện, địa chấn,….Trên cơ sởđó lập bản đồđịa chất và xác định các cấu tạo có tiềm năng chứa dầu khí. Tuỳ từng vùng địa chất cũng như
phương pháp tìm kiếm thăm dò mà người ta áp dụng các phương pháp công nghệ kỹ
thuật khác nhau.
Dựa vào các phương pháp tìm kiếm thăm dò trên người ta có thể xác định được
điều kiện địa chất, địa tầng, địa máng và các vùng có cấu tạo chứa dầu khí và xác
định được trữ lượng dầu khí một cách sơ bộ. Chỉ trong trường hợp xác định có triển vọng tiềm năng dầu khí người ta mới bước sang giai đoạn kế tiếp là khoan thăm dò.
Khoan thăm dò nhằm thu thập các thông sốđịa chất như thành phần thạch học của đất đá, độ rỗng, độ thấm, điện trở kế thông qua việc phân tích mẫu mùn khoan,
đo địa vật lý giếng khoan và lấy mẫu lõi, mẫu sườn, mẫu áp suất và nước của vỉa để
phân tích tại các phòng thí nghiệm nhằm đánh giá một cách chính xác và cụ thể các bẫy đó thực chất có dầu khí hay không, triển vọng thế nào, có bao nhiêu tầng, vỉa dầu khí, chiều sâu và độ dày của vỉa. Nếu kết quảđo địa vật lý cho thấy có kết quả
phẩm để xác định sản lượng khai thác của giếng đó nhằm đánh giá trữ lượng của mỏ.
Việc khoan thăm dò này giúp các nhà khoa học lập các mặt cắt tổng hợp địa vật lý, trong đó chỉ rõ bề dày thực tế của các tầng dầu, bẫy dầu và các ranh giới địa tầng của bẫy nghĩa là xác định được vị trí và hình dáng của bẫy dầu phục vụ công tác tính trữ lượng dầu khí và phát triển mỏ.