本发明涉及一种特殊螺纹扣接头，是一种改进型偏梯形螺纹以及密封面位置与台阶面相隔一定距离的高性能特殊螺纹扣接头，其适用于石油天然气行业尤其是对管材接头综合性能要求更高的油气井中。
背景技术：
近年来，随着常规油气井的开采难度越来越大，以及非常规油气产量的逐年增加，以及热溶岩井和可燃冰等能源的试验开采，由此对管材接头的综合性能要求越来越高。
现有的api(美国石油协会)螺纹接头和其他各种特殊扣接头都只能满足其中一项或者某几项高性能，比如高抗拉，高抗压缩或同时具有高抗拉，高抗扭等，这也就使得油气井管材制造公司针对现场不同要求需要设计不同的接头结构。因此急需开发一种能同时满足高抗拉，高抗压缩，高抗扭，高抗弯曲，高抗温等高性能于一体的特殊螺纹扣接头。
最近几年的油气行业低迷期，目前各种特殊扣接头在现场应用阶段，由于设计结构的原因，密封锥面经常会被外在硬物质碰伤，而且在对扣过程中，由于偏心错扣导致在上扣拧紧过程中螺纹牙受到磨损。因此需设计出一种新的特殊螺纹扣接头结构，尽量避免现场应用阶段出现问题而增加油气勘探开采公司的非正常作业时间。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种特殊螺纹扣接头，同时具备高抗拉，高抗压缩，高抗扭，高抗弯曲，高抗温等高性能于一体的特殊螺纹扣接头，而且便于现场操作，减少产品受到损伤而增加甲方公司的非正常作业时间。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种特殊螺纹扣接头，包括母扣和公扣，母扣结构包括内螺纹段和非螺纹段，公扣结构包含外螺纹段和非螺纹段；其特征在于母扣内螺纹段螺纹牙结构是偏梯形螺纹牙，非螺纹段包含密封锥面、第一锥面以及第二锥面和内台阶面，非螺纹段与内螺纹段之间通过圆柱面圆滑过渡；台阶面与非螺纹段之间通过圆角槽圆滑过渡；
所述母扣内螺纹段螺纹牙包括齿顶、齿底、导向面以及承载面，所述齿顶、齿底平行于管体中心轴线，所述承载面角度φ2为1°－4°，所述导向面角度φ1为10°－15°，在所述导向面加工有倒角φ20°－40°；
公扣外螺纹段螺纹牙结构是偏梯形螺纹牙，非螺纹段包含密封锥面、第二锥面、第一锥面以及台阶面。
所述母扣内螺纹段螺纹与所述公扣外螺纹段螺纹相适配，所述公扣完全螺接套入所述母扣后，母扣第一锥面与公扣第一锥面接触，母扣密封锥面(5)与公扣密封锥面接触；
所述公扣外螺纹段螺纹牙包括齿顶、齿底、导向面以及承载面，所述齿顶、齿底平行于管体中心轴线，所述承载面角度φ4为1°－4°，所述导向面角度φ3为10°－15°。
所述母扣内螺纹段与所述公扣外螺纹段(ⅲ)的螺纹牙锥度为1；20－1：17。
螺纹牙数为每英寸4－6牙。
所述母扣非螺纹段的密封锥面锥角θ1为7°-15°，第二锥面的锥角θ3为1.43°-1.79°，第一锥面的锥角β1为15°-25°，螺纹段与非螺纹段之间的圆柱面壁厚t1大于等于内螺纹段螺纹结束螺纹牙齿根到外壁的厚度t2；
所述公扣非螺纹段的密封锥面锥角θ2为7°-15°，第二锥面的锥角θ4为1.43°-1.79°，第一锥面的锥角β2为15°-25°；台阶面角度α2呈反向角度0°-15°，台阶面到密封锥面之间的距离l2为8-14mm。
所述母扣内台阶面与非螺纹段之间过渡圆角槽的圆角半径为0.6－1.0mm；内台阶面角度α1呈反向角度0°－15°，内台阶面到密封锥面之间的距离l1为10-15mm。
所述公扣密封锥面处于螺纹第一牙接触点与所述第一锥面(11)、第二锥面交接点b连线h的下方，垂直距离h小于1.2mm。
所述公扣在所述第一锥面上加工的斜槽总表面积小于所述第一锥面表面积的30％，所述台阶面上加工的斜槽总表面积小于所述台阶面表面积的30％。
所述公扣完全螺接套入所述母扣后，所述母扣第一锥面与所述公扣第一锥面接触过盈量0.35－1.2mm，所述母扣密封锥面与所述公扣密封锥面接触过盈量为0.33－1.14mm。
本发明的优点在于：是一种改进型偏梯形螺纹以及密封面位置与台阶面相隔一定距离的高性能特殊螺纹扣接头，通过对螺纹牙结构改进和密封锥面位置的改变，以及第一锥面的接触过盈量与密封锥面过盈量的不同，达到集高抗拉，高抗压缩，高抗扭，高抗弯曲，高抗温等高性能于一体的发明目的，而且方便现场实际操作，减少产品在操作期间受到外在因数的损坏，有利于减少油气勘探开采公司的非正常作业时间。
附图说明
图1本发明中母扣a和公扣b的配合结构示意图；
图2本发明中母扣a的结构示意图；
图3本发明中母扣a非螺纹段的放大结构示意图；
图4本发明中母扣a内螺纹段的放大结构示意图；
图5本发明中公扣b的结构示意图；
图6本发明中公扣b非螺纹段的放大结构示意图；
图7本发明中公扣b外螺纹段的放大结构示意图；
图8本发明中公扣b非螺纹段沟槽的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明所涉及的一种特殊螺纹扣接头，如图1，包括母扣a和公扣b，如图2，母扣a结构包括内螺纹段ⅱ和非螺纹段i，在母扣a内螺纹段ⅱ螺纹牙结构是偏梯形螺纹牙，非螺纹段i包含密封锥面5、第一锥面3以及第二锥面4和内台阶面1，非螺纹段i与内螺纹段ⅱ之间通过圆柱面21圆滑过渡；台阶面与非螺纹段i之间通过圆角槽2圆滑过渡，为第一锥面发生塑性变形提供空间，接头在承受高温或者高压，甚至高温执载荷与轴向高压的复合载荷作用下时，增加接头的整体抗压缩和抗高温性能。
如图5，公扣b结构包含外螺纹段ⅲ和非螺纹段ⅳ，在公扣b外螺纹段ⅲ螺纹牙结构是偏梯形螺纹牙，非螺纹段ⅳ包含密封锥面13、第二锥面12、第一锥面11以及台阶面10。
公扣b和母扣a都设置有第二锥面，增大了密封面与台阶面的距离，能减少外在硬物质碰到密封面的可能性，同时保证在公母扣拧紧后，使台阶面接触时产生的径向应力均匀分布，提高接头的抗弯曲性能。
如图1，所述母扣内螺纹段ⅱ螺纹与所述公扣b外螺纹段ⅲ螺纹相适配，实际操作中，先将公扣b通过对扣器套入母扣a，套扣后先采用低转速旋入2圈左右，然后采用15圈每分钟左右的转速旋入直至最后1-2圈时，用低于5圈每分钟的转速进一步旋入到预定位置；当所述公扣b完全螺接套入所述母扣a后，母扣a第一锥面3与公扣b第一锥面11接触，母扣a密封锥面5与公扣b密封锥面13接触；其中，所述母扣a第一锥面3与所述公扣b第一锥面11接触过盈量0.35－1.2mm，所述母扣a密封锥面5与所述公扣b密封锥面13接触过盈量为0.33－1.14mm，实际中，由于螺纹扣接头的管体外径尺寸范围为127mm－355.6mm，不同的接触过盈量针对不同的管体外径尺寸。第一锥面的接触过盈量大于密封面的接触过盈量，使得接头在承受高温以及轴向高压缩载荷时，第一锥面先密封面发生塑性变形，从而提高接头的抗高温和抗压缩性能。
如图4，所述母扣a内螺纹段ⅱ螺纹牙包括齿顶7、齿底9、导向面8以及承载面6，所述齿顶7、齿底9平行于管体中心轴线，增加了接头的抗压缩性能。所述承载面6角度φ2为1°－4°，优选的角度为3°，所述导向面8角度φ1为10°－15°，优选的角度为12°，在所述导向面8有倒角φ20°－40°，优选的角度为30°，使接头在对扣过程中不会错扣；螺纹牙锥度为1；20－1：17，优选的锥度为1：17.5，螺纹牙数为每英寸4－6牙。
如图6，所述公扣b外螺纹段ⅲ螺纹牙包括齿顶19、齿底17、导向面18以及承载面16，所述齿顶19、齿底17平行于管体中心轴线，所述承载面16角度φ4为1°－4°，优选的角度为3°，所述导向面18角度φ3为10°－15°，优选的角度为12°，螺纹牙锥度为1；20－1：17，优选的锥度为1：17.5，螺纹牙数为每英寸4－6牙。
如图3，所述母扣a非螺纹段i的密封锥面5锥角θ1为7°-15°，不同的锥角针对不同的管体壁厚，第二锥面4的锥角θ3为1.43°-1.79°，第一锥面3的锥角β1为15°-25°，优选的角度为20°，螺纹段ⅱ与非螺纹段i之间的圆柱面21壁厚t1大于等于内螺纹段螺纹结束螺纹牙齿根到外壁的厚度t2，优选的，内螺纹段螺纹结束螺纹牙齿根到外壁的厚度t2稍微大于管体壁厚t。
密封锥面5与圆柱面21之间连线的角度γ为30°－45°，该圆柱面21是内螺纹段ⅱ与非螺纹段i的连接空间，为加工内螺纹时螺纹刀的退出提供空间，避免螺纹刀碰到密封锥面。同时保证内螺纹段螺纹结束处螺纹牙齿根到外壁的厚度稍微大于管体壁厚t，从而保证该接头的抗拉强度大于管体的抗拉强度。
所述母扣a内台阶面1与非螺纹段i之间过渡圆角槽2的圆角半径为0.6－1.0mm；更优选的圆角半径为0.9mm，有利于选择合适的刀具加工，保证该圆角槽与内台阶面圆滑过渡；内台阶面1角度α1呈反向角度0°－15°，内台阶面1与第一锥面3之间通过圆角槽2圆滑过渡连接，该圆角槽2的作用是当接头承受压缩或者高温载荷时，为第一锥面3的10°－30°受到过大载荷而产生的屈服变形和蠕变变形提供空间；内台阶面1与密封锥面5之间还增加一段第二锥面4(锥角θ3为1.43°－1.79°)结构，形成内台阶面1与密封锥面5之间相隔距离l110－15mm。
如图7，所述公扣b非螺纹段ⅳ的密封锥面13锥角θ2为7°-15°，不同的锥角针对不同的管体壁厚，第二锥面12的锥角θ4为1.43°-1.79°，第一锥面11的锥角β215°-25°，优选的角度为20°；台阶面10角度α2呈反向角度0°-15°，台阶面10到密封锥面13之间的距离l2为8-14mm；在端口镗出的内孔14与母扣内孔20平齐，避免管内流体在该处形成湍流。内孔14与管体内壁平滑过渡15。
所述公扣b密封锥面13处于螺纹第一牙接触点a与所述第一锥面11、第二锥面12交接点b连线h的下方，垂直距离h小于1.2mm。
与现有技术相比，本发明通过对螺纹牙结构改进和密封锥面位置的改变，以及第一锥面的接触过盈量与密封锥面过盈量的不同，达到集高抗拉，高抗压缩，高抗扭，高抗弯曲，高抗温等高性能于一体的发明目的，以相同材料(钢级p110)，相同尺寸(管体外径177.8mm，管体内径157.08mm)对比，抗压缩性提高30％，弯曲性提高32％，抗高温性能提高40％，最高可耐受温度可达220℃，上扣扭矩提高近3400n.m。
如图8，所述公扣b的第一、第二锥面和台阶面上分别加工几道斜槽，其作用是当现场操作者涂抹过多丝扣油后，有利于上扣过程中挤出过多的丝扣油。在所述第一锥面11上加工的斜槽11-1总表面积小于所述第一锥面11表面积的30％，斜槽数量2－4个；所述台阶面10上加工的斜槽10-1总表面积小于所述台阶面10表面积的30％，斜槽数量2－4个。如果斜槽表面积过大，则会影响该特殊螺纹扣接头的抗压缩以及抗扭性能。同时该斜槽的作用是保证接头拧紧以后公母扣第二锥面之间形成的空间与管体内孔保持畅通。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。