溢流及井喷的预防和控制是水合物钻井过程中的重要工作,同时也是海洋油气开发中面临的极大难题。一旦发生溢流或井喷,轻则造成经济损失,重则污染海洋环境并造成人员伤亡。因此对于水合物钻井溢流及井喷的预防和控制问题,早期溢流监测具有决定性的作用,它不但能够实现钻井平台安全作业及快速预警,而且对保护海洋生态环境意义重大。本文在论证了海底泥线附近溢流早期监测可行性的基础上,采用实验研究与理论分析相结合的方法,基于多普勒原理,研究了水合物钻井过程溢流早期监测方法。在超声波传播特性的基础上,设计了可以模拟早期溢流的实验平台,针对超声波传感器的特点对探头进行了选型,并对探头安装方式进行了优化。分别在实验平台上设计清水实验和模拟钻井液条件的蔗糖溶液实验。首先利用特定实验装置模拟水合物钻井环空气液两相流动,通过控制流速和含气率进行验证实验,得到多普勒信号随上述两个变量改变的初步变化规律。然后在验证实验的基础上分别在清水和蔗糖溶液中开展进一步的探究实验,基于非接触式超声波多普勒检测方法,细化含气率的分布范围,实时测得超声波多普勒信号在不同含气率下的变化情况;针对清水和蔗糖溶液条件下得到的数据,分别在时域和频域范围内进行分析处理,得到多普勒信号与含气率之间的对应关系。实验结果表明,基于非接触式超声波多普勒检测方法,灵敏度高,能够及时监测到井下早期溢流的发生,为井控赢得宝贵时间。