本发明提供了一种控压钻井回压补偿系统，所述系统包括：回压泵及空气包组，所述空气包组连接于所述回压泵出口直流管线的分支处；所述空气包组包括三个空气包，所述空气包并联连接于出口直流管线的分支处；所述空气包包括手动截止阀、压力检测与充气口、压力胶囊及钢瓶；所述压力胶囊设置于所述钢瓶内，所述压力检测与充气口设置于所述钢瓶一端，所述手动截止阀设置于所述钢瓶另一端与出口直流管线的分支处之间；其中，所述空气包的压力胶囊中填充了不同压力的氮气。本发明在应对空气包适应回压泵压力范围窄的问题上进行了改进，具有很好的效果，结构简单，操作方便，可以任意选择搭配，快速调整缓冲能力，满足现场作业要求。