用数值方法求解描述油藏中的多维多相多组分流动的数学模型，以研究油藏中渗流机理过程，为科学合理地开发油田（包括气田）提供依据（见油藏工程，油藏物理）。
从50年代起，就开始应用数值方法求解油藏内复杂的渗流问题。随着高速、大容量电子计算机的发展，油藏数值模拟方法日益广泛地应用于研究各种类型油藏的合理开发问题，包括：
油田开发中的重大技术决策可先在模型上研究其效果。进行敏感性分析，如注水时间的早晚、保持油藏压力的水平、产量的大小对最终采收率的影响等。
开发方案编制和最优方案选择包括最佳井网布置、层系划分、保持压力开采的必要性及其方法选择、开发指标的预测、经济效益等提供分析方法，并能定量地表达不同方案的效果。在众多的方案对比中，可选择出最优方案。
动态预报和开发调整研究对于已投入开发的油田，通过历史拟合预报油田动态，进行生产分析，研究剩余油饱和度分布状况，可以此确定加密井的井位、层系调整及效果预测等改善油田开发效果的方法。有时也用于单井动态分析，如研究底水锥进（油井开采过程中，底水沿井筒呈锥形上升）等问题。
探讨油藏中各种渗流问题的机理和规律性，如对任意几何形状的砂岩油藏中各种力（重力、毛细管力、粘滞力、弹性膨胀等）在三维三相多井系统中渗流时的作用，以及对层状非均质厚油层的油水运动状况进行分析等。
中国从60年代开始应用油水两相的二维数值模拟方法，取得较好的效果。近年来研究砂岩三维三相、多层二维二相、碳酸盐岩孔隙裂缝双重介质等数值模拟方法，并逐步投入应用。
依据所需研究的渗流问题，由达西定律和物质守恒方程和状态方程，有时还有能量守恒方程等组合起来,建立相应的偏微分方程组,加上相应的边界条件和初始条件，构成描述渗流过程的数学模型。在油藏工程研究中主要使用的数学模型有物质平衡方程、单相渗流、两相渗流、黑油模型、多组分模型和双重介质模型等。近年来还发展了热力驱模型、化学驱模型等。
用数学方法求解偏微分方程式，首先必须把偏微分方程离散化成为代数方程组。油藏数值模拟中最常用的离散方法是差分法，也已开始研究有限元法，但尚未普遍应用。
解代数方程组常用的方法有直接解法和各种迭代法，如超松弛法、强隐式法、交替方向迭代法等。在方程组内所要求解的未知量主要是相的压力及其饱和度。求得压力和饱和度后，即可算出其他所需的开发指标。通常所用的解法有两种方法：①隐式方法求压力，显式方法求饱和度；②联立求解隐式压力、隐式饱和度；③隐式压力和隐式饱和度的逐次求解法。还有各种处理非线性项的半隐式和全隐式方法，近年来还发展了在各结点上自动调整隐式程度和自动调整网格密度的各种自适应解法。
将所研究的问题和求解的方法，按照一定的算法语言编制计算机运算的步骤，成为计算机软件。
按程序要求输入计算参数。经运算后可以得到分布在油藏内足够多的各结点上的数值解，用曲线或图表输出，经整理后即可用来解答所需求解的问题。近年来还发展了输出彩色图象的方法，能直观地用各种彩色来表示驱油过程。
在对具体的油藏中专门问题进行数值模拟时，需要依次进行以下几项主要工作：
油藏原始数据是否齐全准确，关系到数值模拟的效果。如果原始资料很少，数值模拟的效果就不可能好。数值模拟方法越复杂，所需的原始资料也越多。收集资料时，如发现必需的资料不够或不准确，应采取补救措施。通常要求准备的参数包括：①油藏地质参数。产层构造图，油、气、水分布图，油层厚度、孔隙度、渗透率、原始含油饱和度的等值图等。②流体物理性质参数。地面性质和地层状态下的物性数据，原始压力和地层温度数据，对凝析气田还需要相图和相平衡的资料。③专项岩心分析资料。油水相渗透率曲线，油气相渗透率曲线，油层润湿性，吸入和排驱毛细管压力曲线；对碳酸盐岩孔隙裂缝双重介质储层，还需渗吸曲线。④单井和分层分区的生产数据和有关测试资料。⑤油田建设和经济分析的有关数据。
将收集的油藏地质资料进行系统整理后，要将油藏的地质特征模式化，以充分反映油藏的构造特征和沉积特征，如油层物理性质参数的分布、油气水的分布、油气水在地面和地下的性质、驱油动力、压力系统和地温梯度等。油藏地质模型是否符合实际情况，直接影响数值模拟成果的准确性。
包括数学模型的选择、模拟维数的确定、节点网格系统的划分、隐式程度和计算方法的选用等。针对所需研究的问题，尽可能选用简便的方法，并与所获得的原始资料相适应。
由于人们对油田实际地质条件的认识有一定的限度，计算时所用的参数也就有一定的局限性，因此，第一次模拟计算的结果，如压力、产量、气油比、含水率等与油田实际生产状况常有较大的出入。必须进行分析，修改相关的计算参数，重新进行计算。通常，经过多次修改可使计算结果与实际生产历史基本相符，误差在允许范围以内。从工程应用的角度看，可认为此时所应用的计算参数，反映了油田地下的实际状况，使用这些参数来计算和预测油田未来的动态，能够达到较高的精度。在油田开采过程中这类历史拟合要进行多次，使油田的模型逐步更接近实际而得到更适用的结果。
其他计算和结果的综合分析进行地面流程计算和经济分析，并将各项计算结果进行综合研究，提出合理开发油田的最优方案和改善油田开发效果的措施。