目前关于油管柱的力学研究和失效分析主要是基于经典管柱力学理论完成,在储气库营运过程中,由于储气库周期性注气,采气,储气井中高速循环注采的天然气对管柱的冲击作用引起管柱发生振动,使注采管柱长期处于周期性变化的复杂应力状态,将会导致注采管柱强度减小甚至失效,因此注采管柱的力学安全评价是十分重要的研究内容。本文在大量调研国内外管柱静力学基本理论,管柱振动理论的相关文献基础上,进行了从动力学,静力学理论研究、试验研究到建立有限元模型及结果分析的一系列研究工作,主要研究内容和取得的成果如下:(1)建立了天然气在任意温度、压力下的物性参数数学模型,根据注采管柱生产过程中的力学行为,建立了封隔器-管柱由活塞效应、鼓胀效应、温度响应、螺旋弯曲效应、摩阻效应引起的管柱变形的力学-数学模型,推导了封隔器对注采管柱轴向力的计算数学模型,经过实例分析,得到了注采管柱底部轴向力随井口油压,产量的变化规律,对注采管柱屈曲行为进行判断。(2)从动力学的角度,分析了气体诱发注采管柱振动机理,建立了注采管柱轴向振动的数学模型,用有限元方法对注采管柱的进行模态分析,得到不同时刻注采管柱的振型,频率,速度,加速度及轴向力、VonMises应力的变化规律。(3)根据本文所建立的不同尺寸下注采管柱动、静力学评价的力学-数学模型,开发了“注采气体诱发管柱振动安全评估软件”。通过该软件可以准确方便的评价注采管柱的力学强度的安全性问题,为储气井注采参数的优化或优选以及注采管柱安全的运行提供了理论依据和指导。(4)基于相似理论及模型试验,全面的分析了引发注采管柱各个因素之间的关系,根据华北油田储气井基本情况及注采管柱受力特征,收集调研相关资料,根据相似定理和管柱振动特性,制定了“储气库注采管柱振动模拟试验”的试验方案。(5)开展了不同管径、管长、管厚、轴向力、注气量等条件下的注采管柱振动模拟试验,采集并处理了试验数据,分析了气量、注气方向等因素对管柱振动的影响,得到了气体诱发注采管柱振动的相关规律,利用试验数据修正了管柱振动特性模型,依据相似定理,得到实际管柱振动频率与注采气量的线性关系式。