深水油气勘探开发是目前能源开发的重要趋势,然而在深水油气开发的钻井工程中面临诸多风险与挑战,其中如何实现深水钻井气侵早期监测,减少和避免钻井过程中气侵乃至井喷的事故发生是深水钻井井控的重点和难点。通过调研和学习确立了在海底隔水管底部安装超声波探头,利用超声波透射法来研究声波在隔水管环空气液两相流中传播规律,并实现气侵早期监测的实验研究方法。首先,建立并完善用来模拟深水钻井气侵监测的隔水管超声波气侵监测实验装置,通过该实验装置可以研究声波信号在不同进气量、钻杆转速和液体流速条件下的气液两相流中的传播规律。由于实验获取的声波接收信号含有大量噪声,不利于分析声波传播规律,因此对含噪信号进行了有效的降噪处理。其次,对降噪后的有用信号进行时频分析,分析了超声波特征参数与进气量之间的变化关系。同时研究了钻杆钻速和循环液体流速对声波信号特征参数的影响。最后,建立超声波信号特征参数与进气量之间的定量表征关系式,并对该关系式进行检验。利用隔水管超声波气侵监测实验装置获取了不同进气量、钻杆转速和循环液体流速条件下的声波接收含噪信号。研究结果表明,以信噪比和均方根误差作为衡量标准,采用小波阈值降噪法对含噪信号进行降噪处理,可获得较为理想的降噪效果。通过对声波信号进行时频分析发现,气液两相流超声波敏感性特征参数主要包括声波振幅峰值、衰减系数、波速和主频。振幅峰值和主频与进气量之间存在非线性关系,衰减系数和波速与进气量之间存在近似线性关系。通过对衰减系数、波速、主频和进气量进行最小二乘法多元回归分析,得到了超声波特征参数与进气量之间的定量表征关系式。并通过实验对该关系式进行验证,表明检验数据组中86.4%的实际进气量与定量表征关系式计算得到的理论进气量之间相对误差小于10%。