本發(fā)明涉及地氣采集技術領域，尤其涉及一種用于采集土壤中的氣體的鉆具。

背景技術：

眾所周知，土壤游離烴用于油氣勘探始于20世紀30年代，該技術是先利用氣體采集器收集土壤孔隙中的氣體，再分析氣體中烴類成分，以進行油氣化學勘探。土壤游離烴的采集方法一般分為主動法和被動法，被動法不需要任何抽氣裝置。而主動法分為主動抽取法和主動濃集法，主動抽取法是直接抽取土壤中的氣體，主動濃集法是令一定體積的氣體以恒速通過一種捕集器，從而選擇吸收指定成分的氣體。

上述多種取樣方法的共同點是：先在取樣點用鋼釬打一深孔，再采用一種措施隔絕孔內氣體與大氣之間的交換，最后用氣泵或注射器抽取孔內氣體?？卓诘拿芊庖约叭绾畏乐股喜繗怏w的混入是取樣過程中的一個難點?，F(xiàn)有技術中的幾種氣體主動抽取采集法都是將抽氣與集氣相分離，采集深度一般為一米范圍內。近幾年涌現(xiàn)出大量的壤中氣采集裝置，例如，用錘子砸入土壤中的鋼釬類采集裝置以及用機械力或人力旋入土壤中的螺旋鉆。

真空螺旋鉆具主要是用電動力破土鉆孔，達到層位后直接抽氣。上述鉆具的密封是依靠集氣螺旋片與普通螺旋鉆桿對土質的排粉所產生的壓實作用來完成的，主要用于黃土塬區(qū)，需要鉆機配套。然而，上述鉆具操作煩瑣，由于將抽氣與集氣分為兩個步驟進行，易造成因操作不當而導致大氣混入的問題，難以保證采集質量。另外，真空螺旋鉆也不能采集指定深度區(qū)域內的氣體，所采的氣體易受淺表氣體呼吸、生物根系呼吸等造成的波動，穩(wěn)定性不好限制了采集深度。對于濕潤土壤區(qū)壤中的氣體，由于抽取一定量氣體后，孔內就會發(fā)生積水現(xiàn)象，所以在濕潤土壤區(qū)中采集氣體也受到限制。而螺旋鉆具中鉆頭進氣孔易堵的問題也勢必會影響取氣質量，難以進行大面積施工。

因此，需要一種攜帶和維護方便，使用性能可靠并適應野外工程需要的，集 采氣、集氣為一體的氣體采集裝置。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述部分或全部技術問題，本發(fā)明提供了一種用于采集土壤中的氣體的鉆具。鉆具包括鉆桿、封蓋螺旋桿以及鉆頭。鉆桿與把手連接，封蓋螺旋桿的一端與鉆桿連接，另一端與鉆頭連接，在鉆桿和封蓋螺旋桿的內部設有取氣管，取氣管沿軸向貫穿鉆桿和封蓋螺旋桿。在鉆頭內部設有與取氣管的入口相連通的集氣室和與集氣室相連通并垂直于鉆頭的軸向向外延伸的多個進氣通道。其中，在進氣通道的入口處設有彈性件，彈性件能隨把手的旋轉而帶動鉆桿以及封蓋螺旋桿正反旋轉以關閉或打開進氣通道的入口。在這種情況下，彈性件在鉆具鉆進時受到土壤的壓力而封堵進氣通道的入口，當鉆具到達土壤中的目標層位后，反轉鉆具，彈性件受到的壓力撤銷，進氣通道的入口被打開。因此，解決了鉆頭進氣孔易堵的問題，提高了取氣質量。

進一步地，在鉆頭的外壁上沿周向設有環(huán)狀的凹槽，進氣通道垂直于鉆頭的軸向由集氣室向外延伸至凹槽內。由此，進氣通道的入口沿著周向布置在鉆頭的凹槽內。當鉆具鉆進采氣時，氣體從多個進氣通道的入口處同時進氣，提高了鉆進和透氣效率。優(yōu)選地，凹槽設置在距離鉆頭底部2至2.5cm處。

進一步地，在凹槽的外側設有能覆蓋彈性件的金屬網(wǎng)。由此，可以保護凹槽內的彈性件以及進氣通道，以避免不必要的磨損或堵塞。

進一步地，進氣通道的數(shù)量為偶數(shù)。具體地，進氣通道的數(shù)量為4至8個，優(yōu)選為6個。由此，方便在進氣通道的入口處均勻地設置彈性件。

進一步地，在間隔分布的進氣通道上設有能固定彈性件的固定件。具體地，可以在3個間隔分布的進氣通道的內壁上構造有能與固定螺釘相配合的螺紋。由此，可以將彈性件間隔固定在進氣通道上。

進一步地，彈性件為弧狀的彈性簧片，彈性簧片的弧度大于相鄰的兩個進氣通道之間的夾角所對應的弧度。彈性件的一端固定在間隔分布的進氣通道上，彈性簧片的另一端自由覆蓋與間隔分布的進氣通道相鄰的進氣通道的入口。由此，彈性簧片可以隨鉆具的正反旋轉而關閉或打開進氣通道的入口。

進一步地，在被彈性簧片自由覆蓋入口的進氣通道內設有多孔彈性塞。優(yōu)選地，多孔彈性塞為環(huán)形彈簧。由此，可以進一步地確保彈性簧片被打開。

進一步地，鉆桿能通過反轉防脫落接口多級連接。具體地，反轉防脫落接口 采用一字型公接口和母接口對接后螺旋鎖緊并通過圓環(huán)固定。由此，可以將多級鉆桿進行連接以確保鉆具適應不同深度的采集需要，同時還可以動態(tài)拆卸鉆桿組裝方便。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：(1)通過在進氣通道的入口處設置彈性件，有效解決了鉆頭進氣通道易堵的問題。(2)通過彈性件與多個進氣通道的配合設置，使得本發(fā)明的鉆具與傳統(tǒng)的鉆具相比，去掉了濾芯簡化了鉆頭內部的結構，并減小了集氣室占用的空間，提高了氣體排空的效果。(3)多個進氣通道的設置方式使得鉆具的強度和使用壽命得以提高。(4)通過反轉防脫落接口多級連接鉆桿，確保了鉆具適應不同深度的采集需要，同時組裝容易操作簡單。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：

圖1為本發(fā)明實施例的用于采集土壤中氣體的鉆具的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的鉆頭的內部結構示意圖；以及

圖3為本發(fā)明實施例的鉆頭的外部結構示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種用于采集土壤中的氣體的鉆具100。鉆具100的結構主要包括：鉆桿10、封蓋螺旋桿1以及鉆頭6。鉆桿10與把手11連接，封蓋螺旋桿1的一端與鉆桿10連接，另一端與鉆頭6連接，在鉆桿10和封蓋螺旋桿1的內部貫穿設有取氣細長管2。在鉆頭6內部設有與取氣細長管2的入口相連通的集氣室7和與集氣室7相連通并垂直于鉆頭6的軸向向外延伸的多個進氣通道9。其中，在進氣通道9的入口處設有彈性件，彈性件能隨把手11的旋轉而帶動鉆桿10以及封蓋螺旋桿1正反旋轉以關閉或打開進氣通道9的入口。在這種情況下，彈性件在鉆具100鉆進時受到土壤的壓力而封堵進氣通道9的入口，當鉆具100到達土壤中的目標層位后，反向旋轉鉆具100，彈性件受到的壓力撤銷，進氣通道9的入口被打開。因此，解決了鉆具100的進氣孔易堵的問題，提高了取氣質量。

在本發(fā)明的一個具體的實施例中，如圖1所示，鉆具100包括錐形的鉆頭6、封蓋螺旋桿1、鉆桿10以及把手11。把手11與鉆桿10通過緊固螺栓16垂直連接。取氣毛細管2內置貫穿于鉆桿10與封蓋螺旋桿1內，并穿出把手11端能與取氣設備相接。取氣毛細管2的另一端依次穿過螺柱3、密封墊4和壓緊螺栓5后與集氣室7連通。封蓋螺旋桿1為外周設有雙道螺旋刀的中空螺旋體。封蓋螺旋桿1的外輪廓從與鉆頭6的連接端起由細逐漸變粗直到過渡到與鉆桿10等直徑，且其余部分為與鉆桿10等直徑。封蓋螺旋桿1的一端與鉆頭6螺紋連接，另一端外周上設有反向螺紋可與鉆桿1等徑連接。在這種情況下，封蓋螺旋桿1的漸變部分保證了鉆具100在鉆進過程中的密封性；而等徑部分則保證了鉆具100反轉過程中的密封性。

在本發(fā)明的一個具體的實施例中，如圖2所示，在錐形的鉆頭6的外壁上沿周向設有環(huán)狀的凹槽9’。多個進氣通道9垂直于鉆頭6的軸向由集氣室7向外延伸至凹槽9’內，優(yōu)選地，進氣通道9的數(shù)量為6個。即，進氣通道9將鉆頭6的外部與鉆頭內部的集氣室7相連通。在這種情況下，采集到的氣體可以從鉆頭6外部通過進氣通道9進入鉆頭內部的集氣室7中，再經取氣細長管2進入到取氣設備中。

在本發(fā)明的一個具體的實施例中，如圖2所示，為了避免進氣通道9的入口在鉆進的過程中被土壤堵塞，在進氣通道9上設有彈性件。優(yōu)選地，彈性件為弧狀的彈性簧片12。彈性簧片12的一端121固定在進氣通道上，另一端122自由覆蓋相鄰的進氣通道的入口。彈性簧片12的弧度大于等于相鄰的兩個進氣通道9之間的夾角的角度。如圖2所示，當進氣通道9為6個等間距設置的管道時，彈性簧片12為3個，彈性簧片12的彎曲弧度大于等于60°。在一個優(yōu)選的實施例中，彈性簧片12的一端通過固定螺釘14與進氣通道9上的內螺紋相配合；彈性簧片12的另一端122自由覆蓋相鄰的進氣通道9的入口。在被覆蓋的進氣通道9內設有多孔彈性塞13，例如，可以為環(huán)形彈簧。

為了更好地避免環(huán)狀凹槽9’內的進氣通道9被磨損或堵塞，在環(huán)狀凹槽9’的外側，具體地，在彈性簧片12的外側覆蓋有進一步保護進氣通道9的金屬網(wǎng)15，如圖3所示。另外，由于鉆頭6為圓錐形，體積比較小，在與封蓋螺旋桿1連接或拆卸時，不便于握住。因此，優(yōu)選在鉆頭6上設置一拆卸孔8。在拆卸孔8中可以插入一桿件，在這種情況下，握住桿件就可以旋緊或拆下鉆頭6。拆卸 孔8中有一通氣孔與集氣室7相通，從而集氣室7又增加一條通氣管道。上述通氣孔的位置比環(huán)形凹槽9’中的通氣孔稍低，更有利于采氣。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種用于采集土壤中的氣體的鉆具100，在鉆頭6內設置集氣室7，在鉆頭6外部設有一環(huán)形凹槽9’。在環(huán)形凹槽9’內布有6個等間距隔開的進氣通道9與集氣室7相通。在一半的進氣通道9的入口處設有內螺紋，以用固定螺釘14固定彈性簧片12的一端121。彈性簧片12的另一端122延展覆蓋相鄰的進氣通道9。在無螺紋的進氣通道9內，即，被彈性簧片12的另一端122覆蓋的進氣通道9內填充有多孔彈性塞13，在環(huán)形凹槽9’的外層設有金屬網(wǎng)15環(huán)繞。

當鉆具100鉆進時，彈性簧片12受到周圍土壤壓力的作用而封閉進氣通道9的入口。當鉆具100達到目的層位進行采氣時，反轉鉆具100，彈性簧片12所受壓力撤銷，進氣通道9開啟，進而保證了鉆具100進氣孔自動開合。進氣通道9內內置多孔彈性塞13進一步保證了彈性簧片12所受壓力撤銷后開啟進氣口，提高采氣質量。本發(fā)明的用于采集土壤中氣體的鉆具100，有效解決了野外施工過程中進氣口易堵的問題，且組裝容易操作簡單。同時，反轉防脫落部件保證了鉆桿10可以多級連接，以使鉆具能適應不同深度的采集需要，提高了接口的強度，使拆卸和運輸更為方便。

雖然已經參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。