Есть запрос, который содержит оператор IN. При 2-3 тыс. значений запрос выполняется, а если значений несколько десятков тысяч, то вылетает на функции Sqlite3_Prepare_v2. Подозрение на ограничение в SQLite на строку запроса. Так ли это и если так, то какое ограничение?

Есть. SQLITE_MAX_SQL_LENGTH
Но вообще, 1) сделайте работающую обработку ошыбок
2) почитайте документацыю sqlite вокруг его лимитов.