Η γεώτρηση βαθιάς γεώτρησης είναι η γεώτρηση ενός πηγαδιού στην ξηρά σε βάθος 1 μιλίου ή περισσότερο και στην ανοικτή θάλασσα σε βάθος 5 μιλίων ή περισσότερο. Αυτά τα βαθιά πηγάδια ανοίγονται σε αυτά τα βάθη κυρίως για φυσικό αέριο ή πετρέλαιο. Ωστόσο, το πηγάδι μπορεί να τρυπηθεί για να φτάσει στο νερό. Η διαδικασία για τη διάνοιξη ενός φρεατίου σε τέτοια βάθη είναι πολύ τεχνική και μπορεί να περιλαμβάνει κατευθυντική γεώτρηση προκειμένου να φτάσουμε στα κοιτάσματα φυσικών πόρων χωρίς να διαταραχθεί η χρήση της υπάρχουσας επιφάνειας.
Προκειμένου να φτάσει στον φυσικό πόρο, ένα πηγάδι ανοίγει κάνοντας μια τρύπα στο έδαφος για την εξαγωγή του νερού, του φυσικού αερίου ή του πετρελαίου από το υπόγειο κοίτασμα. Για κάθε συγκεκριμένο υπόγειο κοίτασμα, η εταιρεία γεώτρησης επιλέγει τη μέθοδο με την οποία θα δημιουργηθεί το πηγάδι και θα αξιοποιηθούν οι φυσικοί πόροι. Η γεώτρηση σε βάθος χρησιμοποιεί εξειδικευμένα τρυπάνια και σωλήνα διάτρησης για να φτάσει στο υπόγειο κοίτασμα.
Γεωλόγοι και μηχανικοί συνεργάζονται για να σχεδιάσουν τον τρόπο με τον οποίο θα ολοκληρώσουν τη γεώτρηση σε βάθος για να φτάσουν στον υπόγειο πόρο. Μερικές φορές η εταιρεία γεώτρησης έχει άδεια πρόσβασης στον φυσικό πόρο από μία τοποθεσία, ωστόσο ο πόρος δεν βρίσκεται ακριβώς κάτω από τη θέση γεώτρησης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η εταιρεία γεώτρησης πρέπει να χρησιμοποιήσει τεχνικές κατευθυντικής γεώτρησης για να φτάσει στο κοίτασμα. Για να φτάσει σε βαθιά κοιτάσματα, η εταιρεία γεώτρησης χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό τεχνικών βαθιάς κάθετης γεώτρησης και κατευθυντικής γεώτρησης.
Η διαδικασία γεώτρησης βαθιάς γεώτρησης μπορεί να είναι χρονοβόρα, λόγω των μετρήσεων και της τοπογραφίας που ολοκληρώθηκαν καθώς το τρυπάνι και ο σωλήνας γεώτρησης κατεβαίνουν στο έδαφος. Αυτές οι μετρήσεις και η τοπογραφία βοηθούν την εταιρεία γεώτρησης να ακολουθήσει την προγραμματισμένη διαδικασία γεώτρησης και επιβεβαιώνει ότι η εταιρεία γεώτρησης βρίσκεται εντός των συμβατικών της περιορισμών. Η εταιρεία γεώτρησης προτιμά γενικά να κάνει κάθετη διάτρηση για όσο το δυνατόν περισσότερο χρόνο παρά κατευθυντικά, επειδή η συντήρηση ενός κάθετου φρεατίου είναι πολύ πιο εύκολη από ό,τι ενός κατευθυνόμενου φρεατίου.
Λόγω του συνδυασμού κάθετης και κατευθυντικής γεώτρησης στη διαδικασία γεώτρησης σε βάθος φρεατίου, προκειμένου να επιτευχθεί μια καθορισμένη απόθεση, το μήκος του άξονα του γεωτρύπανου υπερβαίνει κατά πολύ το βάθος του φρέατος. Το βάθος κάθε φρέατος εξαρτάται από τον φυσικό πόρο που προσπαθεί να φτάσει η εταιρεία γεώτρησης και τις μεθόδους με τις οποίες θα εξορύξει τον φυσικό πόρο. Τα πηγάδια φυσικού αερίου που χρησιμοποιούν μεγάλες ποσότητες νερού για την εξαγωγή του αερίου ανοίγονται σε βάθος περίπου 1 μίλι. Οι γεωτρήσεις πετρελαίου μπορούν να τρυπηθούν σε βάθος 5 μιλίων ή περισσότερο κάτω από την επιφάνεια.