随着油气田开采进入中后期,部分油田需要通过开采低渗超低渗气藏来保持产能。压裂改造是低渗超低渗气藏提高采收率的有效措施,气井压裂投产一体化管柱能够简化施工工序、降低施工成本、减小储层污染,具备推广价值。特殊螺纹接头是气井压裂投产一体化管柱的关键部件,对管柱密封性能有重要作用,但接头在压裂投产等过程中经历了交变载荷和冲蚀磨损,强度和密封性能受到很大影响。因此,有必要对压裂前后,气井压裂投产一体化管柱典型的特殊螺纹接头在复杂受力和冲蚀磨损条件下的强度和密封性能变化规律开展研究,可为气井压裂投产一体化管柱的设计和应用推广提供理论指导。本文以大庆油田气井压裂投产一体化管柱为研究对象,基于管柱力学基本理论和梁-梁接触理论建立了变截面管柱摩擦接触有限元分析模型,对大庆油田某实际生产井的管柱变形情况进行数值分析,并利用磁定位数据验证了数值分析结果的可靠性。对大庆油田徐深气田生产井一体化管柱在下钻完井、关井、坐封、开井生产、压裂等工况下的力学行为进行有限元分析,得到一体化管柱不同工况下受力变形情况的变化规律。利用旋转式冲刷磨损试验台开展了一体化管柱油管的冲蚀磨损室内试验研究,获得2-7/8TBG油管在给定条件下内壁的冲蚀磨损率变化情况。建立管柱的冲蚀磨损率数值模型,对压裂工况下2-7/8 TBG油管和3-1/2 TBG油管在不同情况下的冲蚀磨损情况进行数值分析,得到了不同排量、不同砂比条件下的管壁减薄速度以及不同压裂工况下油管的壁面减薄量。分析一体化管柱典型螺纹接头的密封结构,建立了特殊螺纹接头上扣扭矩计算方法。进行了一体化管柱典型的三种特殊螺纹接头的形貌测量,建立并修正了接头的有限元模型。通过有限元分析,得到了三种特殊螺纹接头在不同上扣扭矩、轴向拉力、轴向压力、弯曲、内压、外压等载荷作用下连接强度与密封性能的变化规律。考虑极端冲蚀磨损情况,对三种螺纹接头在生产和压裂两种工况下的强度及密封性能变化规律进行有限元分析。开展冲蚀磨损前后一体化管柱特殊螺纹接头在单一载荷和复合载荷作用下的失效形式和失效载荷分析,得到了不同螺纹接头可能出现的失效形式和失效临界载荷。针对压裂和生产工况进行安全性分析,获得了三种特殊螺纹接头在一体化管柱中的适用性。