Fra begynnelsen av, i 1973, startet selskapet arbeid for å sikre seg petrokjemisk industri. Etter lobbyvirksomhet og oppkjøp endte arbeidet innen 1980 i helt eierskap i Rafnes-anlegget i Grenland, samt delt eierskap med Norsk Hydro i Mongstad-raffineriet. Statoil ønsket tidlig moderniseringer av Mongstad, noe som etter hvert førte til at Norsk Hydro solgte sin andel til Statoil og Statoil stod igjen som eneansvarlig for en oppgradering. Prosjektet ble Statoils svenneprøve i norsk oljeindustriutbygging og endte i 1987 i Mongstad-saken, med mer enn 100 % overskridelse eller ca. 6 milliarder i ekstraregning til staten. (10 milliarder i statlig bergingsaksjon, ifølge Kåre Willoch).