在天然状态下能够储存油气的地层称为油气储集层，因此，它必须具备三个条件：一是具有储存油气的孔隙空间，如孔隙、裂隙和孔洞等；二是沟通孔隙空间的通道，使油气能够流动；三是封闭条件，以便在自然条件下油气不能逸散。储集层通常按岩性分类，有时也按照孔隙类型或其他特征来划分。按岩性可以大致分为以下三类。
1.碎屑岩储集层
碎屑岩储集层包括砾岩、砂岩、粉砂岩等。目前，世界上大约有40％的油气储量属于这一类储集层。这类储集层在我国的中、新生代含油气层系中有广泛分布。
碎屑岩由矿物碎屑、岩石碎屑和胶结物结合而成。碎屑又可分为颗粒和充填在颗粒间的基质两部分。最常见的矿物颗粒为石英、长石和云母。岩石碎屑由母岩的类型决定。基质由颗粒的磨蚀产物 （粒径一般不大于粉砂级）和粘土矿物等组成。最常见的胶结物是氧化硅、碳酸盐和各种氧化物。按照类似十进位制和2的几何级数制标准的碎屑岩粒度分级，见表1－1。其中粉砂和粘土构成通常所说的泥质 （在不同的粒度分级方法中，数值大小有些差别）。根据各粒级颗粒的含量确定岩石名称时，某一粒级的质量百分数超过一半时，定为主名；质量百分数在10％～25％之间时，称为 “含”；在25％～50％之间时，称为 “质”，且 “含”列于 “质”之前。碎屑岩的成分对储集性质有一定影响，所以碎屑岩定名时，有时把主要碎屑成分加上，例如长石砂岩和石英砂岩等。
碎屑岩的胶结成分、数量及胶结形式，对岩石储集性都有很大影响。胶结物含量多时，也参加岩石定名。例如，砂岩中钙质胶结物含量达25％～50％时，称为钙质砂岩。
碎屑岩储集层的矿物成分，首先和碎屑的化学成熟度和结构成熟度有关，其次和胶结物的性质有关。化学成熟度愈高，岩石中稳定的矿物———石英含量愈高；化学成熟度愈低，含不稳定的长石、云母以及岩石碎屑愈多，杂砂岩和长石砂岩属于这种情况。因此，化学成熟度可以由石英与长石的含量比，或者近似地由钾含量和放射性来表示。
结构成熟度由基质百分数和分选程度决定。在一定程度上碎屑和粘土的含量是结构成熟度的标志，粘土含量愈低，结构成熟度愈高。
化学成熟度和结构成熟度的高低不一定一致，例如有些砾岩表现出很高的结构成熟度，但却有很低的化学成熟度；有些细砂岩可能是高化学成熟度，却是低结构成熟度。从油田开发或从测井解释的观点，了解这两种成熟度都是重要的。显然，成熟度低的储层，将增加测井资料解释的难度。
表1－1 常用的碎屑颗粒粒度分级
砂岩中的孔隙以粒间孔隙为主，岩石中孔隙空间所占的比例取决于颗粒分选程度和粘土含量，即与结构成熟度有关。
2.碳酸盐岩储集层
就全世界而言，碳酸盐岩类型储层占很大比重，大约有50％ 的储量和60％ 的产量来自这一类储层。常见的碳酸盐岩按矿物成分可分为石灰岩类和白云岩类，中间也存在一些过渡类型。碳酸盐岩的成因类型很多，因此储集层的孔隙类型也比较复杂，但基本上可以分为两类：一类是原生孔隙，如生物灰岩中生物遗骸之间的孔隙，鲕状灰岩中鲕粒之间的孔隙等；另一类是次生孔隙，它是在成岩后由于溶解作用、白云岩化作用、重结晶作用、风化作用以及构造运动形成的各种孔隙、溶洞和裂缝等。由于碳酸盐岩孔隙类型比较多，特征比较复杂，所以在测井资料解释时遇到的问题也多一些。
3.其他岩石类型储集层
除了上述两种岩石以外的岩石所形成的储集层，如岩浆岩、变质岩等属于这一类。这类岩石的骨架孔隙度一般都很小，一些火山岩储层即使孔隙很大，其连通性也很差，但是当裂缝发育时，也可形成良好的储层。这类储层的矿物成分一般相当复杂，有时还要加上风化产物。这类储层虽然在世界各油气田中所占的比例不大，但在一些油田却给出很高的产量，在研究中也是不容忽视的。近年我国陆续发现一批大型火山岩储层的气田。由于孔隙和裂隙对地层物理性质的影响不同，往往需要采用不同的评价方法，所以地层评价中常把储集层按孔隙类型划分，如孔隙性储集层和裂缝性储集层，以及孔隙－裂隙性储集层等。
对于孔隙性储集层，按照岩性是否稳定和含泥质情况不同，又可划分为不同的储集层测井解释模型，例如，岩性稳定的不含泥质储层、岩性变化的不含泥质的储层、岩性稳定含泥质储层和岩性变化含泥质储层等等。
随着经济的快速增长，对油气资源的需求越来越大，人们开始对所谓的非常规油气藏越来越关注。所谓非常规油气藏一般是指天然气水合物、煤层气、油页岩、油砂等，这类油气藏的油气赋存状态、评价方法、开发技术等都和常规油气藏有很大差别。