เมื่อผลการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม สามารถจะประเมินปริมาณสำรองของปิโตรเลียม ที่มีสมรรถนะเชิงพาณิชย์เป็นที่แน่นอนแล้ว ตลอดจนสามารถระบุชนิดและคุณภาพของปิโตรเลียมได้ชัดเจน ขั้นต่อไปก็จะเป็นการพัฒนาและผลิตปิโตรเลียม การวางแผนเพื่อพัฒนาและผลิตปิโตรเลียมจากแหล่งนั้น อาจพัฒนาหลุมเจาะสำรวจปิโตรเลียมเดิมให้เป็นหลุมผลิต หรือจะทำการเจาะหลุมใหม่ เพื่อการผลิตปิโตรเลียมเพิ่มเติมอีกตามเป้าหมายที่ได้กำหนดไว้ การกำหนดตำแหน่งหลุมผลิตนั้นมีหลักเกณฑ์ที่ประเมินแล้วว่า สามารถดำเนินการผลิตปิโตรเลียมให้เป็นไปโดยมีประสิทธิภาพสูงสุด

ปิโตรเลียมที่ผลิตขึ้นมาได้จากแหล่งนั้น จะมีทั้งส่วนที่เป็นน้ำมันดิบ และ/หรือแก๊สธรรมชาติ โดยมีอัตราส่วนของแก๊สธรรมชาติต่อน้ำมันดิบ ในกรณีที่มีปิโตรเลียมทั้งสองชนิด สะสมรวมกันในแหล่ง จะขึ้นอยู่กับธรรมชาติ และคุณภาพของปิโตรเลียมที่ปรากฏเฉพาะในแต่ละแหล่ง

หัวเจาะ

ปั๊มน้ำโคลน

(ก) การผลิตน้ำมันดิบ

            แหล่งน้ำมันดิบบางแหล่งนั้น น้ำมันดิบสามารถจะไหลขึ้นมาถึงปากหลุมได้เอง ทั้งนี้เพราะน้ำมันดิบถูกกักเก็บในแหล่งภายใต้สภาพความกดดันสูง เมื่อหลุมเจาะเพื่อผลิตน้ำมันดิบทะลวงลึกลงไปถึงแหล่งปิโตรเลียม ก็จะทำให้ความกดดันของแหล่งลึกดันเอาน้ำมันขึ้นมาสู่ระดับผิวดิน อย่างไรก็ดี สำหรับแหล่งน้ำมันดิบที่ไม่สามารถไหลขึ้นมาสู่ปากหลุมได้เอง ก็ต้องติดตั้งเครื่องสูบหรืออุปกรณ์ในการผลิตบางอย่างมาช่วยที่ปากหลุม หรือในหลุมผลิต หรืออาจใช้วิธีการนำเอาแก๊สธรรมชาติ หรือแก๊สชนิดอื่นที่เหมาะสมอัดลงไปให้หมุนเวียน ในหลุมผลิต เพื่อช่วยดันให้น้ำมันดิบขึ้นมาที่ปากหลุม เมื่อมีการผลิตน้ำมันดิบจากแหล่งเกิดขึ้นนั้น ความกดดันในแหล่งน้ำมันดิบจะลดลง ซึ่งจะทำให้ความสามารถในการผลิตลดลงด้วย ดังนั้น จึงต้องมีวิธีการรักษาความกดดันของแหล่งน้ำมันดิบโดยการอัดน้ำ หรือแก๊สธรรมชาติลงไปในแหล่ง ถ้าธรรมชาติของแหล่งกักเก็บมีความเหมาะสม โดยเฉลี่ยแล้ว ปริมาณน้ำมันดิบที่แทรกตัวอยู่ในรูพรุน หรือรอยแตกของหินกักเก็บน้ำมันนั้น มีเพียงร้อยละ ๒๕ ถึง ๖๐ เท่านั้น ที่สามารถสกัดหรือผลิตออกมาใช้ประโยชน์ได้ ทั้งนี้ น้ำมันส่วนที่เหลืออาจผลิตได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน แต่ก็สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายสูงเกินจุดคุ้มทุน

            อย่างไรก็ดี การผลิตน้ำมันดิบโดยให้เหลือตกค้างอยู่ในแหล่งใต้ดินน้อยที่สุดนั้น ก็ถือได้ว่า เป็นการผลิตที่มีประสิทธิภาพสูงสุด กระบวนการทางเทคนิค เพื่อเพิ่มพูนประสิทธิภาพในการผลิต โดยการเพิ่มอุณหภูมิในแหล่งน้ำมันดิบ เพื่อลดความหนืด (Viscosity) ของน้ำมันดิบลง ทำให้น้ำมันดิบไหลได้สะดวกขึ้น สามารถกระทำได้โดยการอัดไอน้ำร้อนลงไปในแหล่ง หรือการอัดสารละลายเคมีลงไปในแหล่งน้ำมันดิบ เพื่อชะล้างละลายเอาน้ำมันดิบที่ตกค้างในแหล่งกักเก็บออกมา กระบวนการเหล่านี้จะต้องได้รับการศึกษา และทดสอบจนเป็นที่แน่ใจก่อนว่าได้ผลดีก่อนนำไปปฏิบัติจริง ทั้งนี้เพราะเป็นเทคนิคที่ต้องลงทุนด้วยค่าใช้จ่ายสูงมาก

อุปกรณ์แยกเศษหินและน้ำ

เครื่องสูบและถังเก็บน้ำมันดิบ

(ข) การผลิตแก๊สธรรมชาติ

            กระบวนการผลิตแก๊สธรรมชาติค่อนข้างจะยุ่งยากซับซ้อนมากกว่ากระบวนการผลิตน้ำมันดิบ ทั้งนี้เนื่องจากจะต้องมีการควบคุมความกดดันของแก๊สธรรมชาติในแหล่งอย่างรัดกุม นอกจากนี้เมื่อแก๊สธรรมชาติที่ผลิตได้มีสภาพความกดดันต่ำเกินไป ก็จะต้องมีการเพิ่มความกดดันให้เพียงพอที่จะสามารถไหลไปได้ตามท่อส่ง โดยทั่วๆ ไปแล้ว แก๊สธรรมชาติจากแหล่งสามารถไหลขึ้นมาถึงปากหลุมได้โดยความกดดันตามธรรมชาติที่มีอยู่ในแหล่ง ซึ่งได้รับการควบคุมระหว่างการผลิต หลังจากเริ่มผลิตแก๊สธรรมชาติแล้ว ความกดดันก็จะลดลงเรื่อยๆ จนถึงระดับที่ไม่สามารถดันให้แก๊สธรรมชาติไหลขึ้นมาถึงปากหลุมด้วยอัตราการผลิตที่ควบคุมความกดดัน ก็ถือว่าการผลิตแก๊สธรรมชาติจากหลุมผลิตนั้นๆ สิ้นสุดลง แก๊สธรรมชาติในแหล่งหลายแหล่งอาจมีแก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) ปะปนอยู่ด้วย ดังนั้น ที่ปากหลุมผลิตจึงต้องมีกระบวนการแยกแก๊สธรรมชาติเหลวเอาไว้ เพื่อนำไปใช้ประโยชน์เพิ่มเติมต่อไป โดยอาจนำไปผสมกับน้ำมันดิบในกระบวนการกลั่น หรือใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีต่อไป

            ปิโตรเลียมที่ได้รับการผลิตและพัฒนาขึ้นมาจากแหล่งใต้ดิน ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของน้ำมันดิบ แก๊สธรรมชาติ หรือแก๊สธรรมชาติเหลว มักจะมีมลทินปะปนขึ้นมาด้วยเสมอไม่มากก็น้อย มลทิน เหล่านี้มักจะเป็นน้ำ แก๊สชนิดต่างๆ ที่มิใช่สารประกอบของไฮโดรคาร์บอน และตะกอน ซึ่งมลทินเหล่านี้จะต้องได้รับการสกัดออกก่อนเสมอ สำหรับน้ำมันดิบ บางครั้งอาจต้องใช้ความร้อนในการแยกเอาน้ำออก หรืออาจต้องเติมสารเคมีเข้าไปผสมเพื่อป้องกันการแข็งตัวอีกด้วย

            กระบวนการที่ต่อเนื่องจากการผลิตก็คือ การขนส่งปิโตรเลียมไปยังโรงกลั่นน้ำมัน หรือโรงแยกแก๊ส ก่อนนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้า การขนส่งน้ำมันดิบ อาจใช้เรือบรรทุกน้ำมัน รถไฟ รถบรรทุก หรือท่อส่งน้ำมันดิบ ส่วนแก๊สธรรมชาติมักจะใช้วิธีการขนส่งทางท่อ

ท่อส่งน้ำมันดิบจากหลุมผลิตเข้าสู่สถานีการผลิต