随着油气勘探开发领域的扩大，油气钻井复杂性和深度在不断增加，这对井控技术提出了更高的要求，而溢流检测技术作为井控技术的关键，其作用十分重要。及时准确地发现溢流，将为排除溢流、重建压力平衡赢得宝贵的时间，大大降低了二次井控的难度，有效保证了钻井作业的安全。近些年来，溢流检测技术取得了长足进步。目前国内外钻井作业主要采用的溢流检测技术包括：钻井液池（泥浆池）液面检测技术、流量差法、井筒环空液位检测技术、气侵检测技术、随钻溢流检测技术、多参数综合检测分析系统、综合录井检测技术等。本文详细分析了以上方法的适用条件、优点和不足及现场应用情况，针对目前钻井现场使用最广泛的泥浆池液面检测技术所存在的检测不及时、不精确的问题，及传统钻井液返出流量测量的局限性问题，提出了以流量差法为基础的基于巴歇尔槽的早期溢流检测系统。巴歇尔槽在测量农业用水、工业用水和上下水的流量测量方面应用广泛，本文首次提出基于巴歇尔槽测量返出钻井液明渠流流量。与泥浆池液面溢流检测法相比，本系统具有更高的检测可靠性；且因其在地面返出管线的前端安放并检测，所以其检测的实时性更好；同时，这种检测方式也解决了传统流量差法需满管等条件下测量返出量的局限性问题。论文的主要研究内容及研究成果如下：1.通过对现有溢流检测技术的详细调研，提出了基于巴歇尔槽的早期溢流检测系统的设计方案。系统基于流量差法实现，是以明渠流量计来检测钻井液返出明渠流量。2.阐述了系统选择巴歇尔槽作为其明渠流量辅助测量设备的原因；依托实验室钻井循环模拟装置，通过巴歇尔槽及其配套超声波流量计对其改造，完成了基于巴歇尔槽的溢流检测系统的硬件设计。3.通过室内实验及ANSYS有限元软件的数值模拟实验的分析，在综合考虑了钻井现场实际情况的基础上，完成了巴歇尔槽的型号及结构的优选；在充分考虑溢流检测的影响因素的前提下，结合室内实验及ANSYS数值模拟实验分析，建立了基于巴歇尔槽的流量差溢流检测模型；并以此为基础，借助VB、C#等程序开发环境编制了系统软件，最终完成了具有溢流结果检测及可靠报警功能的早期溢流检测系统。依托实验室装置开展了测试实验，结果表明本文设计的溢流检测系统的应用效果达到了预期目的，也为此类装置近一步现场应用奠定了基础。