2021年，我国常规和非常规油气资源勘探双双取得重大突破。常规油气方面，中国石油在富满油田落实资源量超过10亿吨，中国石化在顺北油气田探明油气储量超过2亿吨，中国海油发现渤中13-2、垦利10-2两个地质储量亿吨级油田。非常规油气方面，中国石油在长庆油田鄂尔多斯盆地探明地质储量超10亿吨的页岩油整装大油田，在大庆油田古龙页岩油勘探新增石油预测地质储量12.68亿吨；中国石化在胜利油田济阳坳陷页岩油勘探首批上报预测储量4.58亿吨，在苏北盆地溱潼凹陷落实页岩油资源量3.5亿吨；中国海油在山西临兴致密气田探明地质储量逾千亿立方米。

2021年6月25日，我国自营勘探开发的首个1500米超深水大气田“深海一号”，在海南岛东南陵水海域正式投产，标志着我国海洋石油勘探开发进入“超深水时代”。

2021年，中国石油、中国石化、中国海油加速绿色低碳转型，助力国家实现“双碳”目标。5月，由中国石油、中国石化、中国海油、国家管网等共同发起的中国油气企业甲烷控排联盟正式在北京成立。6月，国内规模最大、标准最高的中国石油长庆黄3区CCUS国家示范工程二期综合试验站正式投运。7月，我国首个百万吨级CCUS项目——中国石化集团齐鲁石化-胜利油田CCUS项目启动建设。8月，我国首个海上二氧化碳封存示范工程——中国海油恩平15-1油田群开发项目在南海珠江口盆地正式启动。

2021年，面对国际天然气价格飙涨和国内天然气消费需求大幅增长等严峻挑战，中国石油、中国石化、中国海油、国家管网等石油央企多措并举，全力保障国内天然气平稳供应。其中，中国石油年供气量首超1000亿立方米，中国石化日供气量首超2.4亿立方米，中国海油LNG全年进口量超3000万吨，国家管网集团主干天然气管网日供气量突破8亿立方米。