为了适应全球油气发展新形势，服务国家能源发展战略需要，加快我国非常规油气开发理论技术研究和研究生培养，解决重大基础理论和应用技术问题，于2012年在石油与天然气工程一级学科下设立非常规油气工程二级学科。总体目标是建设成为我国非常规油气开发领域理论创新、技术研发、人才培养、产学研用一体化和国际合作交流研究的基地。本学科现有研究生导师15人（教授13人、副教授1人，高工1人）。非常规油气工程学科依托陕西省页岩气勘探开发工程技术研究中心、陕西省煤层气工程技术研究中心、陕西省陆相页岩气成藏与开发重点实验室，西安石油大学页岩气开发技术研究中心。主要致力于致密油气、页岩油气、煤层气等非常规油气领域的基础理论和技术开发研究。学科下设非常规油气储层与地球物理评价、非常规油气藏水平井及分支水平井钻完井技术、非常规油气藏工程与渗流机理、非常规油气藏储层改造技术、非常规油气藏增产与提高采收率技术、稠（重）油开采六个研究方向。重点攻关领域包括非常规油气储层地质与地球物理评价技术、非常规油气储层岩石物理表征技术、非常规油气钻完井技术、非常规储层体积压裂技术、非常规油气藏开发模拟与预测技术五个方面。该学科目前承担有页岩气藏水平井液态气动力压裂增产新方法研究、页岩及其矿物和有机质成分对多组分气体的吸附与解吸附机理研究、低渗透致密砂岩气藏压裂裂缝及参数优化、致密油水平井钻井技术等国家自然科学基金、国家科技重大专项国家级项目十余项。非常规油气工程学科已在非常规油气赋存机理物理模拟、非常规油气流体测试技术、非常规油气储层组构测试技术、非常规油气岩石物理及岩石力学实验研究、非常规油气多孔隙介质模拟、非常规油气体积压裂模拟等六个方面形成特色技术，为非常规油气研究提供理论和技术支撑。学科以国家需求为已任，紧紧围绕学校发展建设目标，服务于国家能源战略，充分发挥团队协同创新和多学科交叉优势，坚持开拓、开放、包容、流动、协同、创新”的宗旨，坚持国际化、特色化的发展思路，建成国内一流特色学科。