空气钻井作为一种新的钻井模式,具有提高钻速、稳定地层和防止岩屑污染等诸多优点,因此在我国川渝、新疆等地区得到了广泛的应用。新的钻井方式也带来了一些新的问题,国内针对空气钻井的数据采集系统存在着井下燃爆误判、井深测量误差较大和现场数据总线传输布线复杂等不足。本文通过对多传感器数据融合技术、绞车信号处理和无线通讯技术进行研究,对现有系统的不足提出了完善和改进的方案,并在此基础上设计开发了一种小型化、组合灵活,可实现无线通信的空气钻井安全监测系统。本文通过对多传感器数据融合技术的研究,建立了基于模糊逻辑法的井下燃爆监测数学模型,实现了对现场多传感器数据的融合,并用现场数据验证了数学模型的可靠性。针对用绞车传感器测量井深误差较大的问题,应用单片机代替常用的硬件电路实现绞车信号的鉴相和计数,从原理上减小了硬件电路复杂性引起的测量误差。针对现有系统现场数据总线传输复杂的问题,通过无线通讯技术的研究,设计了系统的无线通讯方案,采用小型数传电台实现了信号采集端与工控机之间的数据无线传输。基于以上研究,确定了空气钻井安全监测系统的组成结构和性能,并选择了满足系统要求的传感器、单片机、数据采集模块等硬件的类型和型号,以保证系统功能的实现。基于VB6.0和Access数据库进行上位机软件的设计和开发,实现了钻井数据实时采集及显示、钻井状态判断、钻井故障报警、实时数据存储、历史数据存储及查询、数据的输出等功能。最后对系统进行了抗干扰设计,并制作出了系统的样机。系统在川渝地区的空气钻井过程中进行了试验和应用,达到了设计的要求。通过对本系统的设计,为更成熟的空气钻井安全监测系统的开发总结了经验。