یکی دیگر از گرایش های مهندسی نفت در مقطع ارشناسی ارشد، مهندسی مخازن هیدروکربوری می باشد. پس از کشف حوزه نفتی و حفاری آن، فاز مهندسی مخزن در صنایع بالادستی شروع می شود. در این قسمت، وظیفه مهندس مخزن بازیافت منابع هیدروکربوری به صورت بهینه از مخزن زیرزمینی است. در این راه ابتدا باید شناخت مخزن صورت گیرد که شامل مطالعات زمین شناسی و پتروفیزیکی مخزن و همینطور بررسی جریان سیال در محیط متخلخل مخزن می باشد. مدل سازی تولید، تعداد و مکان چاه ها در میدان، بررسی عدم قطعیت در مدل مخزن، جدول زمانی تولید و نرخ تولید بهینه وظایفی است که مهندس مخزن در طی تولید از چاه باید انجام دهد.

یکی از اقدامات مهم برای مخزن، ازدیاد برداشت است زیرا مخزن عمر محدودی داشته و استفاده از منابع آن بستگی به برداشت ما دارد. در ازدیاد برداشت سعی بر این است تا با به کارگیری روش های متعدد به صورت بهینه بتوان از مخزن برداشت کرد. در واقع مهندس مخزن با اطلاعات کامل و دقیق از مخازن زیرزمینی، تلاش می کند تا حالت بهینه تولید را مدل سازی کند. البته میزان تولید تنها وابسته به امور تخصصی نیست و وضعیت سیاسی، اقتصادی و ... بر آن تاثیر می گذارد که در نهایت در تیم مدیریت مخزن تصمیم گیری می شود.

معمولا کار مهندسین مخازن، به دو صورت مخزن  و یا کار در آزمایشگاه های سنگ و سیال مخزن برای بررسی دقیق برهمکنش سیال و سنگ در مخرن می باشد. از این رو تسلط بر دروس ریاضی، توانایی در برنامه نویسی و کدزنی و درک مدل سازی، می تواند به دانشجویان این گرایش کمک فراوانی کند.

به طور کلی پاسخ به این پرسش که ما در یک‌ حوزه‌ نفتی‌ در اعماق‌ زمین‌  چه‌ مقدار نفت‌ و گاز داریم‌ و چه‌ مقدار از آن‌ قابل‌ دسترسی‌ می باشد و با چه‌ سرعتی‌ می توان‌ از مخزن‌ مورد نظر برداشت‌ کرد از وظایف مهندسین مخزن است. با توجه به گستردگی و اهمیت مخازن هیدروکربوری کشور و ویژگی مسائل مربوط به حفظ، توسعه و برداشت از آنان، هدف از این دوره تربیت کارشناسان ارشدی است که قادر به انجام پژوهش ها و مطالعات لازم در این زمینه باشند.