[发明专利]一种用于采集土壤中的气体的钻具

说明书

本发明提出了一种用于采集土壤中的气体的钻具，结构包括钻杆、封盖螺旋杆以及钻头。钻杆与把手连接，封盖螺旋杆的一端与钻杆连接，另一端与钻头连接，在钻杆和封盖螺旋杆的内部设有取气管，取气管贯穿钻杆与封盖螺旋杆。在钻头内部设有与取气管的入口相连通的集气室和与集气室相连通并垂直于钻头的轴向向外延伸的多个进气通道。其中，在进气通道的入口处设有弹性件，弹性件的一端固定在进气通道上，另一端自由覆盖相邻的进气通道的入口，弹性件能随把手的旋转而带动钻杆以及封盖螺旋杆正反旋转以关闭或打开进气通道的入口。本发明的钻具解决了钻头进气孔易堵的问题，提高了取气质量。

技术领域

本发明涉及地气采集技术领域，尤其涉及一种用于采集土壤中的气体的钻具。

背景技术

众所周知，土壤游离烃用于油气勘探始于20世纪30年代，该技术是先利用气体采集器收集土壤孔隙中的气体，再分析气体中烃类成分，以进行油气化学勘探。土壤游离烃的采集方法一般分为主动法和被动法，被动法不需要任何抽气装置。而主动法分为主动抽取法和主动浓集法，主动抽取法是直接抽取土壤中的气体，主动浓集法是令一定体积的气体以恒速通过一种捕集器，从而选择吸收指定成分的气体。

上述多种取样方法的共同点是：先在取样点用钢钎打一深孔，再采用一种措施隔绝孔内气体与大气之间的交换，最后用气泵或注射器抽取孔内气体。孔口的密封以及如何防止上部气体的混入是取样过程中的一个难点。现有技术中的几种气体主动抽取采集法都是将抽气与集气相分离，采集深度一般为一米范围内。近几年涌现出大量的壤中气采集装置，例如，用锤子砸入土壤中的钢钎类采集装置以及用机械力或人力旋入土壤中的螺旋钻。

真空螺旋钻具主要是用电动力破土钻孔，达到层位后直接抽气。上述钻具的密封是依靠集气螺旋片与普通螺旋钻杆对土质的排粉所产生的压实作用来完成的，主要用于黄土塬区，需要钻机配套。然而，上述钻具操作烦琐，由于将抽气与集气分为两个步骤进行，易造成因操作不当而导致大气混入的问题，难以保证采集质量。另外，真空螺旋钻也不能采集指定深度区域内的气体，所采的气体易受浅表气体呼吸、生物根系呼吸等造成的波动，稳定性不好限制了采集深度。对于湿润土壤区壤中的气体，由于抽取一定量气体后，孔内就会发生积水现象，所以在湿润土壤区中采集气体也受到限制。而螺旋钻具中钻头进气孔易堵的问题也势必会影响取气质量，难以进行大面积施工。

因此，需要一种携带和维护方便，使用性能可靠并适应野外工程需要的，集采气、集气为一体的气体采集装置。

发明内容

为了解决上述部分或全部技术问题，本发明提供了一种用于采集土壤中的气体的钻具。钻具包括钻杆、封盖螺旋杆以及钻头。钻杆与把手连接，封盖螺旋杆的一端与钻杆连接，另一端与钻头连接，在钻杆和封盖螺旋杆的内部设有取气管，取气管沿轴向贯穿钻杆和封盖螺旋杆。在钻头内部设有与取气管的入口相连通的集气室和与集气室相连通并垂直于钻头的轴向向外延伸的多个进气通道。其中，在进气通道的入口处设有弹性件，弹性件能随把手的旋转而带动钻杆以及封盖螺旋杆正反旋转以关闭或打开进气通道的入口。在这种情况下，弹性件在钻具钻进时受到土壤的压力而封堵进气通道的入口，当钻具到达土壤中的目标层位后，反转钻具，弹性件受到的压力撤销，进气通道的入口被打开。因此，解决了钻头进气孔易堵的问题，提高了取气质量。

进一步地，在钻头的外壁上沿周向设有环状的凹槽，进气通道垂直于钻头的轴向由集气室向外延伸至凹槽内。由此，进气通道的入口沿着周向布置在钻头的凹槽内。当钻具钻进采气时，气体从多个进气通道的入口处同时进气，提高了钻进和透气效率。优选地，凹槽设置在距离钻头底部2至2.5cm处。

进一步地，在凹槽的外侧设有能覆盖弹性件的金属网。由此，可以保护凹槽内的弹性件以及进气通道，以避免不必要的磨损或堵塞。

进一步地，进气通道的数量为偶数。具体地，进气通道的数量为4至8个，优选为6个。由此，方便在进气通道的入口处均匀地设置弹性件。