随着深部油气资源的勘探开发,钻井过程中的井控问题也日益突出,气侵是影响井控安全的重要因素之一。若不能及时监测到气侵并采取有效的井控措施,严重时会引起井涌甚至井喷等钻井事故发生,会影响到现场工作人员的生命财产安全。因此,早期监测气侵对提高井控安全性具有重大意义。本文基于气液两相流理论和压力波传播理论,提出了利用随钻测量工具(Measurement While Drilling,MWD)在传递井下数据时产生的压力波信号来实时监测环空气侵的方法。建立了气液两相流中压力波传播速度和衰减系数的计算模型,可以计算分析含气率、角频率和气侵率等对压力波传播的影响规律。根据数学模型,提出了利用压力波传播时间差监测气侵位置的方法,设计了气侵位置监测系统。编制了压力波早期监测气侵的计算软件,并开展了现场试验。本文的主要研究内容和取得的成果如下。建立了气液两相流中压力波传播速度和衰减系数的计算模型,并采用经典实验数据对模型进行了验证。分析了含气率、压力波角频率、系统压力、壁面剪切力和虚拟质量力等对压力波传播特性的影响规律。结果表明,随着含气率的增加和压力波角频率的减小,压力波传播速度降低,压力波衰减系数增大。含气率在0至5%之间时,随着含气率的增大压力波传播速度急速下降。随着系统压力的增加,压力波传播速度增大,压力波衰减系数急剧减小。虚拟质量力、壁面剪切力和拖曳力都会减小压力波的传播速度。根据推导的数学模型,通过实例计算,引入压力波传播时间概念,进一步分析了气侵率与井深对压力波传播速度、衰减系数和传播时间的影响规律。结果表明,随着气侵率的增加,压力波传播速度降低、衰减系数增大、传播时间增加。随着气侵位置深度的增加,同一井深处的压力波传播速度降低,压力波在环空内的传播时间增加。基于Lamb定律,分析气侵率对压力波振幅和波形特性的影响规律。结果表明,随着气侵率的增加,同一深度处的压力波振幅值不断减小。相同气侵率条件下,压力波向井口传播的过程中幅度值不断减小,越接近井口衰减越厉害,当气侵率增加到5m3/h时,井口的压力波幅度值已经减小到井底幅度值的25.4%。最后提出利用压力波传播时间差监测气侵位置的新方法,计算表明,该方法能及时监测到气侵位置。利用MATLAB 2017a编写了基于MWD压力波信号早期监测气侵计算软件,软件主要包括气侵监测原理介绍模块、压力波传播速度计算模块、压力波衰减系数计算模块、压力波传播时间计算模块和气侵判断与气侵位置计算模块,能有效的计算气侵后压力波传播参数和气侵位置。基于编制的压力波早期监测气侵软件,开展了现场试验。结果表明,本文提出的基于MWD压力波信号早期监测气侵技术能够有效的监测到钻井过程中的气侵现象,相对于常规监测技术,大大提高了采取井控措施的时间窗口。