一旦做出进行模拟研究的决定，接下来的一步就是设计模拟模型。这一阶段意味着要选择几何模型，一维、二维还是三维，和用哪种模拟模型，比如黑油模型、组分模型、混相模型、热采模型，还是化学模型等。

因此，有一系列的因素要考虑到，下面简单列出一些:

(1)油藏的开採过程。这是最重要的一个参数，因为模型必须重现油藏的主要驱动机理。这会影响到所用的模型种类和细节的详细程度。例如，当主要驱动机理为油水驱替过程，黑油模拟就可以了，但另一方面，模型必须在水平方向和垂直方向上都有足够精确才能恰当地再现驱替前缘的複杂几何形态。

(2)可用资料的质量与种类。这些会影响到模型可以细緻到何种程度，根据很少的和质量差的数据建立的複杂油藏及流体描述，可能会严重误导并产生不真实的结果。

(3)需要解答问题的类型。大多数的研究中，要求的是相对简单的结果，油、气、水生产曲线。这种情况下，即使油藏内发生複杂的烃相互作用，黑油模拟模型可能就足够有效了。然而，对同一油藏，如果产出物的相组成也被要求模拟的话，就必须进行组分模型的模拟。最终结果的精度要求也将影响模型的设计。

(4)可用资源。研究工作必须考虑到人力、金钱及技术资源，不考虑整体的工作量、人员水平、软体、硬体和预算的限制，就开始研究工作是危险的。

这一初始分析将对确定某一具体研究所要求的複杂程度会有帮助。基本原则就是模型设计阶段应该得到一个能够满足研究目的最简单的模型。

模型设计的第一步是定义模型的几何形态。有数种几何模型可以套用(右图)，最常用的有以下几种(Mattax and Dalton, 1990)

(1)一维模型。这种模型在油田研究中从未用过，因为它们不代表实际的油藏几何形态，并且不能模拟驱替过程。但它们可用于研究模型对某种油藏参数变化的敏感性，以及实现油藏岩石物理性质的动态放大。

(2)二维剖面模型。它们用在垂向驱替过程的研究中，例如，边水注采或顶部气注采的研究。

(3)平面二维模型。这种模型可用在研究油藏中流体的流动以平流为主，与垂向的非均质性无关时的情况。这种模型主要用在注水模式的研究中，也可用在研究重力作用可忽略的溶解气驱油藏。大多数情况下，这些模型须用伪函式来代表垂直流动。

(4)径向模型。这种模型限制在井周围的地区，并且通常用来评价具有大垂直梯度的单井生产行为。典型的套用是研究直井或水平井中的水和气的锥进作用。

(5 )三维模型。这是最常用的模型。它们可以解释油藏中实际地质及岩石物理性质的分布，因此，可用在有严重的水平或垂向的非均质储层中。总的来说适用在地质比较複杂难于用二维模型进行描述的地区。理论上讲，这些模型可用来表示油藏中的任何採收过程，唯一的限制是总格线数，也就是描述的细緻程度的限制。

显然，全油田三维模型是综合研究的选择，因为整个油藏可以被有效地建模。而且，这种方式可综合所有能获得的静态信息和动态信息。

但并不是所有情况下都需要进行全油田建模研究，特别是那些大的老油气田。因为要处理的数据量和数据质量使建立可靠的模型很困难。这种情况下，用小範围的现象研究，结合传统的油藏工程方法也许是明智的选择。

另一些情况下，几种模型相结合的方式证明是一种可靠的方法。例如:二维现象研究的结果与随后的粗略一些的全油田三维模型相结合。流线模型也可以与三维模型相结合，Brink-manetal .(1999)介绍了一个优秀的多相注CO₂开採模型建立的实例。

不同模拟器用来代表不同类型的油藏机理。模拟器的选择基本上依赖于原始油藏流体的性质及主要的採收过程。如果不考虑很少用到的化学模型，基本的模拟器是黑油、组分和热模拟器。

(1)黑油模型。这种等温模型用于不相溶的油气水共存的油藏。黑油模型把烃看作由两个部分构成，如油和气，并且液相的气体遵循压力相关的溶解法则。油和气的组成仅是压力和时间的函式。这些模型可以再现大多的油藏机理，包括溶解气驱、气顶驱、水驱、注水和注气。通过定义饱和压力和深度的关係，这些模型也可处理pVt特性的垂向上的变化。通过定义不同的平衡区域，这些模型也可以处理p Vt在水平方向上的变化。

(2)组分模型。在等温组分模型中，烃相由N个成分组成，它们之间的作用是压力和成分的函式，通过EOS(状态方程)表示。烃成分数量N通常依赖于对最终结果的细节要求来决定，但受到实际计算时间的限制，通常在3 ^-7之间。只要烃的相构成及性质在泡点和露点之下，随温度变化明显，就要用到这一模型。用到这一模型的典型情况为挥髮油、凝析气藏、循环注气或注CO₂开採。

(3)热模型。如果油藏中的温度有变化，就套用这一模型。热模型中的主要参数通常为水(液相或蒸汽相)、轻烃和重烃相，流体特性可用温度和压力的函式来描述，这些模型可模拟循环注蒸汽、连续注蒸汽或更複杂的过程，如就地燃烧加热等。

最后一类模型为双介质模型(裂缝和基质)，模型中的储层由两个相互作用的部分组成(裂缝和基质)，其各自有自己的特性。这一模型可以用在黑油模型或组分模型中，一般用两种设定，如双孔隙度或双渗透率，这要看流体基质中是否可以流动。这一模型主要用在有自然裂缝的油藏中。

选择和建立格线是模拟工作的基本组成部分，特别是对地质特徵複杂的油藏。格线选择正确与否对结果的準确性、模拟所需时间及资源都有很大影响。

在综合油藏研究中，建立格线是相当重要的，因为油藏的地质结构、内部及外部的几何形态都要载入到模型中。也就是在这一阶段，来决定在不损害最终结果的前提下，地质结构可以简化到何种程度。

地质学工作者可用的格线通常有几种，如传统的直角坐标格线、三维角点格线和更複杂的複合格线。无论那种情况，所选择的几何表述都要考虑一系列的地质及动态问题。

无论从外部结构还是内部的非均质性来看，油气储层通常表现出非常複杂的地质特徵。为得到可靠的结果，模拟格线必须充分再现这些几何特徵。

油藏发育边界是第一个也是最需要定义的几何因素。格线必须包括整个的含油气区，如果有活动的水层系统，就还应包括较大的含水区域。如果油藏中不存在渗透率的各向异性，外部形态同时也定义了格线的方向。

另一个要考虑的重要方面是油藏内部的非均质性。构造特徵，如断层、封堵断层或具有高连通性的断层，必须体现在模型中，如果要得到正确的油藏中的流体分布，断层的断距也应该详细地体现在模型当中。如果存在逆断层，就应考虑用複杂的格线化技术，特别是在断面的倾角倾向很重要的情况下。

同样在垂向上如果存在横向分布广泛的隔层，则它们也应在模型中体现出来，并确定几何描述反映出这种油藏非均质性。横向延伸的油藏边界，如水浸界面或泥岩隔层，划分出单个的流体单元，因此，应作为单个模拟层来建模。地层的複杂性，如尖灭，也应体现出来。

右图是一个具有地质地定向模拟格线，体现了複杂的地层模型，包括有上超层序，预计这些现象将对流体流动方向有很重要的影响。为了恰当地体现出这种複杂性，建立了40多个垂向分层。

在数值模拟中，正确的综合地质模型只能通过在格线中充分体现油藏的内外边界来实现。过分的简化将不能体现出与储层单元複杂结构相关联的流体流动特性。就细緻程度而言，油藏地质複杂性的分析对格线建立提出了一些基本的要求，但要正确再现所观察到的油田的动态特性，就必须考虑到动态问题，这也许会要求对模拟格线的细緻程度进行修改。实际上，甚至对一些相对均质的储层，格线都要进行细化来正确体现油藏中的流体流动特徵，特别是存在多相流动情况下。

在XY平面上，提高模拟格线的精细程度主要依赖于生产井的数量。一般假设相邻井间至少要有2个或3个格线(注采井对之间甚至更多)，这样才能正确再现驱替过程，减少数值分散的问题。有些情况下，特别是井网分布不规则，生产井周围的地区可以局部加密格线。

在垂直方向上，分层应达到能够模拟与粘度和重力相关的过程，如指状水进、气体超溢。对后一情况，如果用粗的垂向格线，气体分离以及流向储层构造高部位的过程就不能正确地在模型中建立，生产井中的GOR表示就会是错误的。

在正确地考虑了油藏的地质及动态因素后，就可以考虑选择格线的几何形态及大小了。在实践中，有两种基本的格线形态供选择:直角坐标和角点坐标。

直角坐标格线是以格线块为中心的，按直角坐标系，把所有格线块在三维空间对齐就构成了完全正交的格线。由于简单和容易建立，这是最老的也许仍是最常用的格线。

在角点几何系统中，每个格线块的角点都有具体的坐标，而不是块中心的坐标。这样，最终格线不一定是正交的，这样可以正确地表示储层的地质情况。另外，这种类型的格线，理论上要求在每一格线块表面都要有所有参数的变化梯度。由于大多数模拟器不具备这一附加的因素，在实际套用中就应限制格线的局部变化等，否则在其最终计算结果中会引起很大的误差。

另一个有关模拟格线的要点是，有可能在油气田的不同部位用不同大小的格线块。这一特点对不少油气田都有意义，因为在油藏的某些地方要求计算的越準确越好，而另外一些地区如油藏外围或水层则不必要有很精确的计算。这样的好处是可以很大程度减少格线的数量，因此可以减少机时。

所有现有的建格线的软体都可以具体设定行和列的数量，因而建立起叫Tartan的格线(要注意限定外围格线变形。单格线形态係数(△X、△Y)的最大值应小于3)。一些更複杂的例子当中，可以在已有的格线内对有关区域局部加密，通常要加密的区域为饱和度和压力变化快的地方。从计算角度来说，局部加密的格线(LGR)的要求更高，但可以有更大的灵活性。

最后，要提的一点是，最近一些年，大家正努力发展和套用更複杂的几何形态的格线，如Voronoi和PEBI格线。之所以有如此发展，是由于有关石油的其他一些学科的发展:

(1)複杂的井眼几何形态。複杂的井眼几何形态在实践中正日益变得常见(水平井、三维井、多底排油井)。要正确描述这些複杂井周围的流体，就需要採用适当的格线化技术。

(2)複杂的地质模型。最近的地质建模的发展，使得可以对具有複杂几何形态的油藏进行详细的描述，包括逆断层。把如此複杂地质结构转化成模拟模型就需要複杂精密的格线化技术。

Aziz K(1993)介绍了可以用在油藏模拟实践中的不同标準的模拟格线。从目前来看，这一领域的趋势是複合格线的套用，这种格线把油藏不同区域所用的不同几何形态的格线组合起来而最佳化流体流动的求解及实际求解时间。右图给出了一个套用实例。

数值模拟所描述的油田开发模型分为三部分, 即地质静态模型、流体性质及分布模型、生产动态模型。充分利用油藏精细描述提供的数据体和图件, 建立起描述油藏地质特徵的静态模型, 主要参数包括构造分布、断层封闭性、储层参数、砂层厚度、有效厚度分布等。在形成模型过程中, 採用等值线和井点参数作为基础数据, 考虑断层与砂岩尖灭线等边界条件得到静态地质模型。