شبيه‌سازی (simulation) در مهندسی مخزن عبارتست از پردازش داده‌های موجود اعم از داده‌های سنگ و سيال و چاه به منظور ایجاد اطلاعات مربوط به توليد از يک چاه، مخزن يا يک ميدان. این کار با استفاده از روابط شناخته شده حاکم بر رفتار سيال و حرکت آن در محيط متخلخل و چاه در دما و فشار متغير صورت می گیرد. هدف شبيه‌سازی پيش بينی توليد و رفتار چاه، مخزن يا ميدان در آينده است. اولین گام در شبیه سازی انطباق داده‌های فعلی موجود با داده‌های خروجی شبيه ساز می باشد. به عبارت ديگر پيش بينی رفتار آينده مخزن نوعی برون‌يابی است که عدم قطعيت همواره در آن وجود دارد. شبيه سازی فرآيندی ديناميک در طول عمر مخزن است، يعنی با گذشت زمان و توليد از مخزن و کاملتر شدن داده ها و طولانی‌تر شدن تاريخچه توليد، این داده‌ها دوباره وارد شبیه ساز می شوند و مدل دقیقتر می شود و به همین دلیل نتايج خروجی از درجه اطمينان بالاتری برخوردار هستند. با کاملتر و دقیقتر شدن شبيه سازی ممکن است سناريوی نوشته شده برای توليد توسط مهندسان و مديران مخزن عوض شود.
پیش از شبيه‌سازی مخزن هيدروکربوری در يک کامپيوتر، مدل رياضی سيستم مورد نياز است. حرکت سيال در محيط متخلخل توسط همان قوانين اساسی حاکم بر حرکت سيال در محيط‌های ديگر مثل لوله، رودخانه و شرايط اتمسفری است. اين قوانين بر اساس بقای جرم، مومنتم و انرژی هستند. در مدلسازی مخازن هيدروکربوری قانون دارسی به جای معادله مومنتم وارد مدلسازی می‌گردد. در اينجا مخازن هیدروکربوری ايزوترمال (دما ثابت) فرض میشوند و از به کارگيری بقای انرژی صرفنظر میشود. در نتيجه برای مدلسازی قانون بقای جرم را برای شرايط مخزن (از لحاظ تعداد فازها و جهتهای جريان) نوشته و سپس معادله دارسی وارد معادله بقای جرم میشود، بدين طريق مدل جريان بدست خواهد آمد. بسته به نوع فاز و تعداد بعد جريان معادله متفاوت خواهد بود.
دو مدل اصلی در مدلسازی و به تبع آن در شبيه سازی مخازن هيدروکربوری وجود دارد:
1. مدل ترکيبی (compositional): مدل جريان تک فاز يا چند فاز که بيش از دو جزء هيدروکربنی در آن حضور دارند.
2. مدل نفت سياه (Black Oil):جريان چند فاز که سيستم هيدروکربنی با دو جرء تقريب زده می شود يک جزء غير فرار (نفت سياه) و يک جزء فرار (گاز) که در فاز نفت حل شده است.
امروزه به علت پيچيدگی و گستردگی محاسبات و روابط حاکم بر سنگ و سيال در دما و فشارهای مختلف، شبيه‌سازی مخازن اهميت زيادی در مهندسی و مديريت مخازن يافته است. پيشرفت علم محاسبات کامپيوتری و ايجاد کامپيوترهايی با قدرت پردازش بالا و همچنين رشد علم مهندسی نفت در دهه‌های اخير باعث شده است تا شاهد پيدايش نرم افزارهای شبيه ساز بسياری در بازار بود. اين نرم افزار ها برای مخازن و سناريوهای مختلف برداشت از مخزن ( برداشت طبيعی و ازدياد برداشت به روش های مختلف) ایجاد شده‌اند.