明代石油天然气开发利用水平的提高，首先表现为凿井技术的发展。明代凿井技术继宋卓筒井发明以来，有很大进步，凿井技术逐渐趋于程序化。据《蜀中广记》等书记载，当时凿井程序大致可分为选井位、立石圈、凿大窍、扇泥、下竹和凿小窍六道工序。
凿井前先请有经验的山匠来选井位，这需要丰富的地质学知识，当时工匠在长期生产实践中基本掌握这些知识。井位选好后，为了防止表层泥土的垮塌，必须“尽去面上浮土，不计丈尺，以见坚石为度”。然后将事先准备好的外方内圆的石圈下入挖好的坑中，层层相垒筑成井筒。接着用大铁钎为钻头，进行顿钻。大铁钎“扁竟七寸，有轮锋，利穿凿”，人们用杠杆原理提起，放下大铁钎，使它上下运动，凿穿岩石，为了防止井径弯曲，凿井时必须时常转动钻具，这与现代钻井中大钳的作用相当。凿井过程中，还要向井内灌水或利用地下水，与凿碎的岩屑混合成泥浆，便于泥筒汲取。此外，还可以冷却、润滑钻头以加快钻进速度。每当钻井一二尺后，就要用扇泥筒扇泥。这样钻凿与扇泥交替进行，凿到二三十丈深，“见红石岩口，大窍告成”。然后开始下套管，使“四溃淡水障阻，不能浸淫”。最后再以小铁钎为钻头钻进，直至完井。钻井工艺的程序化，为钻井向深部地层发展创造了条件。
凿井技术的程序化迫切需要固井技术和治井技术的发展，因此固井技术和治井技术的进步，也是这时期钻井技术发展的标志。
明代的井，“浅者五六十丈，深者百丈”，约合今制155.5 至311米，井深比宋元时期有明显增加。套管必须下到红石岩层，深度达“二三十丈（约今62.2至93.3米），这样套管所承受的拉力、内部液压力和外部挤压力加大，需要强度较高的套管柱。宋代所用楠竹的强度显然适应不了凿井深度的猛增。人们在长期实践中，摸索出石料、圆木代替楠竹制套管技术，成功地解决了这一难题。如在井的上部用外方内圆的石圈，筑成石质的套管，这种套管不易变形，强度大；在土层之下，用竹木为套管，一般采用松木或柏木等木质坚硬且耐腐蚀的材料，按井径大小，剖开圆木，“挖空如竹，合而束之”，然后“以麻合其缝，以油灰衅其隙”。油灰是用桐油和石灰混合制成的，它涂在木竹表面可以进一步提高套管的强度和防腐能力。新套管材料的出现，为地质井向更深层发展创造了条件。
随着井深的增加，如何处理随时可能出现的井下事故，成为亟待解决的难题之一。明代的治井主要有打捞落物和淘井两种类型。在凿井过程中，钻头折断落入井中，或遇到淤泥受阻，就需进行治井。为了打捞落入井中的物品，人们发明搅镰、铁五爪、撞子钎等打捞工具。用这些工具可以成功地处理各种井下事故。特别值得一提的是撞子钎，后来演变成现代钻井中的主要器具——活环。此外，人们还发明搜子、漕钎和刮筒等淘井工具，用以排除“淤泥填溢”等井下事故。
这一系列钻井工艺上的重大突破，对明代石油天然气的开发利用有极大推动作用。在石油开采方面，据《益部谈资》等书记载四川嘉州、眉州、青州、井研、洪雅、犍为诸县都有石油井。这是继西北油井以来，我国又一批早期的石油井。
在天然气开采方面更是突飞猛进，特别是在四川自流井出现了世界上最早投入开发的天然气田。明嘉靖年间，由于自流井地区的盐井大多坍塌成为废井，或是井老水枯。在这种情况下，人们运用先进的凿井技术，又钻凿一批新井。这批井的深度都较以前有所增加。在开凿盐井的同时，相继出现了一大批高产的天然气井。据《李氏家谱》记载，明万历年间，自流井地区天然气的开采已有一定规模。这是世界上最早进行工业性开采的天然气田之一，在世界天然气开发史上具有重要意义。
随着南方各地经济文化的发展，人们在上海、云南、广东等地又发现大批油气苗，这些记载一方面说明人们对大自然认识能力的增强，另一方面也说明我国是石油天然气蕴藏量极为丰富的国家。
凿井技术的发展和油气苗的更广泛发现，为石油天然气的广泛应用奠定了基础。明代石油天然气的应用表现在许多方面。如明代陕西延安地区居民，不再以原油直接点灯，而是把它加热后，除去水分及其他易挥发成分，然后 “浸不灰木”（不灰木即石棉），可长期点用。这是石油作为照明用油工艺上的又一次突破。四川许多地区也广泛地把石油用于夜间照明。此外，石油在医药上的应用更为普及。《大明一统志》载，石油可以“燃灯疗疮”；《居家必备》载“可涤疖毒，无名恶疮效”；《延安府志》载“可燃灯涤疮”；《本草纲目》载“石油气味与雄硫同，故杀虫治疮”等，对石油药用价值的这些记述，显示明代人们对石油性质有了更加深入的认识。