随着人类文明的不断进步和社会经济的迅猛发展,国家对能源的需求也急剧增加。而作为国家经济发展的重要能源基础——石油,因此也变得越来越重要。在新油区还没有被勘探出来之前,又没有找到一种新的能源能够取代石油能源,在这种情况下,是否能够改进石油开采技术以便提高当前油区石油采收率以及产量的问题,将直接影响着我国未来的经济发展状况。鉴于地下油气资源储量有限,甚至就整个世界而言,以后都很难再发现大型油气田,且又在不断地被开采消耗,今后可利用的油气资源将慢慢变少。近年来,国内很多老油区的油气开采到了中、后期,不仅油气井含水上升,而且主力油层也都进入了高含水后期。所以,在今后的油气开采工作中,开发对象逐步指向了薄油层、深井超深井、高温井、热采井、页岩气井等难开采井,其工作重心转移到了中小油田、开发难度较大的油气资源以及对中后期的油田进行改造,以此来提高石油采收率及产量,以期获取足够的石油能源,来满足社会生产与生活的需求。然而对于老井,为了提高油气采收率及产量,需要用到的射孔、酸化、压裂、高压注水等一系列的增产措施,都对固井质量提出了很高的要求。尤其是在高温井和热采井中,井下温度较高,对固井质量更是一个严峻的挑战。如果固井质量不好,复杂的井下地质条件,会给油气开采造成很大的影响,主要包括：(1)导致管外冒油、气、水,使井下压力泄露,破坏井下压力平衡,使油气的产量下降,甚至长期停产；(2)破坏井壁,发生井塌；(3)破坏地层,可能会出现层间或井间互相干扰；(4)固井质量差,现有的井有可能报废,从而需要打新的井,因此增加了钻井投资。而固井质量问题主要集中在二界面的胶结质量上。第一界面胶结质量的优劣,受到诸多因素的影响,其中套管外表面状况是重要因素之一为了提高固井质量,前人对固井第二界面、水泥浆性能及提高水泥浆顶替等方面进行了大量的研究工作,而对固井第一界面,尤其是套管外表面状况对固井质量的影响研究甚少。对于套管外表面状况的研究,只提出了一种在套管外表面粘砂处理的固井方法,即在套管外表面涂上一层胶结剂,然后在胶结剂上再铺一层砂粒,使套管的外表面变粗糙,这既能增加套管外表面与水泥石的接触面积,又能使水泥石与砂粒互相咬合,从而增加了水泥环与套管之间的粘结力和剪切力。然而,在高温井和热采井中,胶结剂会融化,粘结在套管外表面上的砂粒出现脱胶现象,无法达到提高套管与水泥石之间胶结强度的目的。因此,本文提出一种受温度影响较小、外表面经过粗糙化处理的套管。希望采用这种外表面经过粗糙化处理的套管来固井,能够弥补了粘砂套管固井技术在遇高温时砂粒脱落的缺陷,从而达到提高固井质量的目的,为稠油、页岩气等难采油气的开发及老油区的增产提供保障。基于上述固井现状,为了获得粗糙化套管来,本文首先分析了胶结力的来源,总结了影响胶结力的因素,并根据影响胶结力的因素相应地提出了提高固井第一界面胶结力的方法。其次,提出了套管外表面粗糙化处理的理论基础和套管外表面粗糙化处理的方案：光面套管模型(作为对比试验)、附半球状套管模型、螺纹状套管模型、磨砂状套管模型和凹凸状套管模型。为了验证经过外表面粗糙化处理后的套管强度没有受到影响,仍然能够满足生产的需要,构造了函数来分析粗糙化处理对套管强度的影响：套管抗拉强度分析、套管抗挤强度分析、套管抗屈服强度分析,结果表明了粗糙化套管的强度不仅没有受到,反而增加了,依然能够满足固井所需强度的要求。最后,采用了试验研究来论证。在室内试验研究当中,采用壁面封隔验窜仪、YAW-300C型压力试验机和壁面拉伸试验仪对光面套管(作为对比试验)、螺纹状套管、磨砂状套管和凹凸状套管进行了水力胶结强度试验、剪切胶结强度试验和粘结胶结强度试验,并记录下试验数据。在仿真试验研究当中,对光面套管(作为对比试验)和附半球套管采用了有限元分析方法,建立了套管与水泥环之间胶结的有限元模型,并进行粘结胶结强度试验和剪切胶结强度试验,导出了胶结界面位移云图和胶结界面应力云图。室内试验结果显示：经过外表面粗糙化处理的套管,其力胶结强度、剪切胶结强度和粘结胶结强度都比光面套管的大。仿真试验结果显示：经过外表面粗糙化处理的套管,其剪切胶结强度和粘结胶结强度都比光面套管的大,但是经过外表面粗糙化处理的套管,其胶结界面的位移比光面套管的小。说明经过外表面粗糙化处理的套管,其胶结界面的胶结力比光面套管的大,能够有效地提高固井第一界面的胶结力,从而提高固井质量,希望将有助于解决难开采井的固井质量问题,延长开发井的开采寿命,保证各大油田的长期开发和稳定高效生产。但是,这种外表面粗糙化套管的现场应用价值怎么样,粗糙化套管的螺纹形状和分布对胶结力的影响如何,甚至粗糙的套管纹理是否影响水泥浆的顶替效率,等等,在本文中都没有作出分析,在试验当中也没有涉及到。在今究当中,需要进一步作出分析,同时设计出合理的试验方案,解决上述疑难。此外,室内试验需要用到一些昂贵的设备仪器,还要设计和加工套管实物模型,这样的话,成本比较高。如果可以的话,加强有限元分析的学习,今后全部采用仿真试验来做,简单省事。