Ένα πηγάδι πετρελαίου είναι ένας άξονας που ανοίγει μέσα από ένα τμήμα του φλοιού της Γης με σκοπό την ανάκτηση ακατέργαστων προϊόντων πετρελαίου. Από τη σύλληψη του πηγαδιού έως την εγκατάλειψή του, περνά από διάφορα στάδια ανάπτυξης. Οι πετρελαιοπηγές μπορούν να διατρηθούν σε διάφορες τοποθεσίες και δεν παράγουν όλες το ίδιο προϊόν. Θα παράγουν πάντα τουλάχιστον μια μικρή ποσότητα φυσικού αερίου, η οποία μπορεί ή όχι να δεσμευτεί προς πώληση.
Η παλαιότερη καταγεγραμμένη πετρελαιοπηγή κατασκευάστηκε το 347 μ.Χ. στην Κίνα και η τεχνολογία είχε εξαπλωθεί στην Ιαπωνία τον έβδομο αιώνα. Αυτές οι απλές κατασκευές γεώτρησης, κατασκευασμένες από μπαμπού, αντικαταστάθηκαν καθώς η τεχνολογία και οι διαδικασίες εξευγενίστηκαν. Η σύγχρονη εποχή έφερε πετρελαιοπηγές με δύσκαμπτο καλώδιο και στη συνέχεια περιστροφικά τρυπάνια. Οι σύγχρονες τεχνικές γεώτρησης επιτρέπουν σχεδόν οριζόντια γεώτρηση, παρέχοντας πρόσβαση σε αποθέματα πετρελαίου που βρίσκονται βαθιά υπόγεια.
Η γεώτρηση ξεκινά μόλις επιλεγεί η κατάλληλη τοποθεσία και ολοκληρωθούν όλα τα σχέδια. Ανοίγεται μια τρύπα μεταξύ 5 και 50 ιντσών (12.7 έως 91.4 cm). Αυτό το τμήμα είναι το ευρύτερο τμήμα της οπής, καθώς κάθε επόμενο τμήμα που ανοίγεται θα είναι ελαφρώς μικρότερο, προκειμένου να μειωθεί τυχόν συσσώρευση πίεσης από κάτω. Μετά τη διάνοιξη κάθε τμήματος, ένα περίβλημα, κατασκευασμένο από χάλυβα, τοποθετείται μέσα στην τρύπα και τσιμεντώνεται στη θέση του. Συνήθως δεν τρυπούνται περισσότερα από πέντε διαδοχικά τμήματα σε οποιαδήποτε τρύπα.
Η πετρελαιοπηγή πρέπει να ολοκληρωθεί, δηλαδή πρέπει να προσαρμοστεί για παραγωγή και συγκομιδή λαδιού. Συχνά η πίεση που έχει συσσωρευτεί στο απόθεμα είναι αρκετά ισχυρή για να εξαναγκάσει το λάδι να βγει από μόνη της, αλλά εάν το επίπεδο πίεσης είναι ανεπαρκές, εγκαθίσταται μια αντλία. Το λάδι στη συνέχεια συλλέγεται από μια σειρά από βαλβίδες γνωστές ως δέντρα παραγωγής που τοποθετούνται στην κορυφή της εγκατάστασης. Αυτά παρακολουθούν την πίεση λαδιού μέσα στο πηγάδι και προσαρμόζονται ανάλογα. Τελικά, η εγκατάσταση θα εγκαταλειφθεί όταν δεν είναι πλέον επικερδής η λειτουργία της.
Μια πετρελαιοπηγή μπορεί να παράγει κυρίως πετρέλαιο ή αέριο και μπορεί να παράγει και τα δύο. Μικρές ποσότητες φυσικού αερίου, το οποίο είναι υποπροϊόν της δημιουργίας του ίδιου του πετρελαίου, υπάρχουν σε κάθε πετρελαιοπηγή. Ορισμένα πηγάδια παράγουν σχεδόν εξ ολοκλήρου αέριο.
Οι πετρελαιοπηγές μπορούν να βρίσκονται είτε στην ξηρά είτε στην υπεράκτια. Η λειτουργία του φρεατίου είναι η ίδια ανεξάρτητα από την τοποθεσία, αλλά λόγω της δυσκολίας της γεώτρησης και της συντήρησης ενός φρεατίου στον ωκεανό, τα υπεράκτια πηγάδια είναι πολύ πιο ακριβά. Αυτές οι γεωτρήσεις γίνονται μόνο όταν έχει αποδειχθεί η παρουσία σημαντικής ποσότητας πετρελαίου. Απαιτούν επίσης περισσότερο σχεδιασμό και έχουν περισσότερες απαιτήσεις ασφάλειας.