如今的社会活动都紧紧依赖于油气资源,但其勘探开发过程却有一定的风险性,而其中井喷失控事故当属钻井作业中最严重的事故。若能对溢流事故作出及时准确的预警,帮助现场技术人员及时采取对应措施,从而减少或避免井喷失控的发生,这对于安全钻井有着举足轻重的作用。目前国内地面溢流监测方法虽具有原理简单、安装方便以及经济实用的优点,但存在溢流事故预报不够及时以及精确度欠缺的缺点;井下溢流监测方法是通过对井下的参数进行测量以实现溢流事故预警,虽井下监测方法溢流预警及时准确,但该技术综合性、经济成本高,且对现场技术人员的要求较高,不适合大范围推广运用;因此,本文通过溢流监测方法的对比与优选,优选出了立压套压监测法作为本系统的溢流监测方法,并结合其监测原理进行可行性分析以及测量参数对应的非溢流事故的影响因素排除,并基于配套传感器,结合聚类算法进行溢流预警诊断分析,最终形成了一套控压钻井溢流监测与预警系统,通过现场应用测试对溢流事故进行识别预警,为安全钻井提供技术支撑。通过本文的研究取得如下成果:(1)开发了一套利用地面测量方式的控压钻井溢流监测与预警系统,并进行了地面监测仪表设备配套,辅以配套数据采集系统,以实现在溢流发生早期,对其进行预警。(2)通过对溢流事故的发生机理研究,并对比分析目前的溢流监测方法的技术路线、经济实用性等,优选出了立压套压监测法。(3)针对立压套压监测法,分别对影响立管压力变化的泥浆泵泵冲次以及影响套管压力变化的节流阀节流动作进行分析,并通过分析异常事故的参数变化,增加出口流量参数作为区别溢流事故和堵水眼事故的依据,以排除非溢流事故对参数变化造成的影响,从而提升了系统预警的有效性。(4)基于优选出的立压套压监测法以及所分析非溢流影响因素,根据研究分析建立干扰排除模型,对立压套压数据值进行动态修正,并结合DBSCAN聚类法创建溢流事故预警模型,利用现场数据对预警模型进行仿真分析,验证了预警模型监测结果的有效性,为溢流事故诊断提高了工程依据。(5)综合立压套压监测法和溢流预警模型配套对应传感器,并完成了控压钻井溢流监测与预警系统的总方案设计及各架构设计,并根据干扰因素排除模型以及溢流预警模型的所需参数及计算结果,对控压钻井溢流监测与预警系统进行数据库配套,从而为该系统提供数据支撑。(6)据所选择的算法模型及建立的配套数据库,并进行系统软件设计,最终形成了一套完整的控压钻井溢流监测与预警系统,并于广元区块XX井应用测试,现场应用表明:该系统能够及时对溢流事故进行预警,准确性较好,具有良好的现场应用前景。本文设计并开发的控压钻井溢流监测与预警系统充分发挥了地面监测方法的优势,在降低监测成本的基础上,实现了溢流事故实时诊断预警。