Современная нефтяная скважина — весьма дорогостоящий объект. Перед тем, как начать буровые работы, проводится комплекс работ по поиску перспективных участков и выяснению строения геологических структур. На заре нефтяной промышленности место для бурения скважины выбиралось практически наобум, что приводило к крайне низкой эффективности. Даже в богатых нефтью районах на одну продуктивную скважину приходилось 10-20 «сухих». Сейчас это соотношение изменилось на противоположное — одна «сухая» на 10 продуктивных скважин.
Первым делом геологи должны найти такие участки, где хотя бы теоретически может быть скопление нефти. Как говорилось в статье о ловушках, подходящим местом для формирования залежи может быть антиклиналь — куполообразная структура, похожая на перевёрнутую чашу. Когда пласты сформировали синклиналь (чашу, стоящую как положено — открытой частью вверх), то нефть здесь искать бесполезно. Если пласты и были когда-то пропитаны углеводородами, то они постепенно бы поднялись на поверхность и испарились. Поисковые работы на начальном этапе весьма романтичны («Ты уехала в знойные степи, я ушел на разведку в тайгу, над тобою лишь солнце палящее светит, надо мною лишь кедры в снегу…»). Геологи выезжают на полевые работы, изучают пласты горных пород, выходящие на поверхность, их состав и углы наклона. В результате этой работы составляется геологическая карта и геологические разрезы местности.
При поиске месторождений применяются также газовая, люминисцентно-битуминологическая и радиоактивная съёмки, а также гидрохимический метод. Газовая съёмка основана на том, что в местах расположения нефтяных и газовых залежей образуется ореол рассеяния углеводородных газов. Не существует абсолютно непроницаемых горных пород. Какой бы хорошей не была экранирующая порода ловушки, за счёт фильтрации и диффузии углеводороды поступают на поверхность. Чувствительные газоанализаторы способны выявить повышенное содержание углеводородов в пробах, отобранных над залежью. По той же причине подземные воды в районах нефтяных месторождений могут характеризоваться повышенным содержанием углеводородов. Гидрохимический метод основан на изучении состава подземных вод.
В породах, расположенных над залежами нефти, часто наблюдается повышенное содержание природных битумов. Битумы имеют интересное свойство — они светятся в длинноволновом ультрафиолетовом излучении (UV-A), точно так же, как это делают волоски на денежных купюрах под УФ-детектором. В ходе люминисцентно-битуминологическая съёмки отобранные образцы облучаются УФ-лампой, а по характеру свечения делаются выводы о содержании битумов в породе.
Также установлено, что над нефтяными и газовыми залежами наблюдается снижение естественного радиационного фона. Проведение радиационной съёмки направлено на выявление участков с аномально низким фоном.
Одним из наиболее информативных методов исследования геологических структур является сейсморазведка, принцип которой похож на УЗИ-исследование человеческого организма. Под землю направляется мощный импульс упругих колебаний (сейсмических волн). На границе раздела двух сред с различной плотностью часть колебаний отражается и возвращается к поверхности, другая же часть преломляется, преодолевает границу раздела и уходит глубже, до следующей границы раздела. Отраженные сейсмические волны, достигнув земной поверхности, улавливаются специальными приемниками. Интерпретация собранной информации позволяет получить представление о геологическом строении пластов.
Метод отраженных волн был предложен советским геологом В.С.Воюцким в 1923 году и получил широкое распространение во всём мире. Другой вариант — корреляционный метод, основанный на регистрации преломленных волн, образующихся при падении упругой волны на границу раздела под заранее рассчитанным углом. Источником сейсмических волн может служить заряд тротила или гексогена. Применяются также невзрывные источники колебаний (вибраторы), особенно в густонаселённых районах.
Если датчики, улавливающие отражённые волны, устанавливаются на одной линии, то такой вид сейсморазведки называется линейным (2D). При проведении объёмной (3D) сейсморазведки датчики располагаются на площади. Объёмная сейсморазведка даёт больше информации о строении недр по сравнению с линейной. Недавно стала применяться 4D сейсморазведка, где дополнительной размерностью служит время. На практике 4D сейсморазведка представляет собой многократное повторение 3D исследований.
Существуют и другие методы геофизических исследований: гравиметрический, магнитный, электрический, электромагнитный. Они основаны на замере гравитации, магнитного и электрического полей в изучаемом районе. Нефть отличается от других минералов плотностью, электропроводностью и магнитными свойствами. Чувствительные приборы позволяют уловить изменения физических полей, а интерпретация полученных данных даёт основания для оценки недр на предмет наличия залежей углеводородного сырья.
Поисково-разведочные работы в море проводятся аналогичным образом, только оборудование размещается не на автомашинах, а на судах. В качестве источника упругих колебаний при проведении сейсморазведки в море используются пневмопушки — они причиняют минимальные неудобства обитателям моря.