專利名稱：地氣采集螺旋鉆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆具，更具體地說，本發(fā)明涉及一種采集土壤中氣體的鉆具。
背景技術(shù)：
土壤游離烴法是利用氣體采集器收集土壤孔隙中的氣體，分析氣體中烴類成分，進(jìn)行油氣化學(xué)勘探的氣態(tài)烴方法。土壤游離烴用于油氣勘探始于20世紀(jì) 30年代，由于采樣及分析測試技術(shù)的限制，在我國，該方法一直沒有大的發(fā)展。 土壤游離烴的采集方法分為主動法和被動法兩種，被動法不需要任何抽氣 裝置，但要將捕集器裝置在采樣點(diǎn)上放置幾天。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。取樣方法的共同點(diǎn) 是在取樣點(diǎn)用鋼釬打一深孔，再采用一種措施隔絕與大氣交換，用氣泵或注射 器抽取孔內(nèi)氣體。其難點(diǎn)之一是孔口的密封，以防止上部氣體混入。現(xiàn)有的釆 氣技術(shù)操作煩瑣，抽氣與集氣分為兩個步驟，易造成因操作不當(dāng)而導(dǎo)致大氣混 入，不能保證采集質(zhì)量；不能采集指定深度區(qū)域內(nèi)的氣體，現(xiàn)有裝置均為固定 長度桿件，超過人體長度，不僅不易運(yùn)輸，而且難操作，限制了采集深度，使 得所采的氣體易受淺表氣體呼吸、生物根系呼吸影響而造成大的波動，穩(wěn)定性 不好；不易采集到濕潤土壤區(qū)的壤中氣體，現(xiàn)有的抽氣裝置氣路空間大，在提 取壤中氣前，需要排空氣路中的殘留氣體，當(dāng)土壤濕度較大情況下，抽取一定 量氣體后，孔內(nèi)就會發(fā)生積水現(xiàn)象，所以在濕潤土壤區(qū)上述方法不適用。盡管 專利CN2385073Y以及我院發(fā)明的"地氣采集鉆具"(CN 1292148C)已能克服上述缺陷，但因透氣部分的濾網(wǎng)、卡瓦式過濾保護(hù)器結(jié)構(gòu)，受到一定的限制、 維護(hù)不太方便，強(qiáng)度受到影響，以及前端鉆頭較長，也不能適應(yīng)南方化探取氣 的需求。實(shí)用新型專利CN2385073Y為機(jī)械動力鉆具，其主要特征是利用機(jī)械動力 使用八字型鉆頭破碎土壤，將鉆具送入地層，利用集氣螺旋和封蓋螺旋對于土 壤的排粉量不同實(shí)現(xiàn)了對于氣體的封閉，土壤中的氣體通過八字鉆頭間的空隙 以及集氣螺旋管上的進(jìn)氣孔進(jìn)入集氣螺旋管，然后通過集氣螺旋管中的毛細(xì)管、 依次通過過濾網(wǎng)，毛細(xì)管，集氣接口，進(jìn)入集氣瓶中。這種鉆具在干旱區(qū)，沙 漠區(qū)，的確發(fā)揮了氣體采集的作用，遺憾的是，在土壤濕潤區(qū)域、道路不方便 的山地，就發(fā)揮不了應(yīng)有的作用，存在的主要問題是其一、對進(jìn)氣氣路沒有 設(shè)置保護(hù)措施，在專利說明中沒有說明兩截毛細(xì)管間的濾網(wǎng)所起的作用，我們 可以認(rèn)為是對氣路進(jìn)行保護(hù)，但從結(jié)構(gòu)說明上可以看出，氣體必須通過下部毛 細(xì)管，才能過過濾網(wǎng)， 一旦下部毛細(xì)管堵塞(水堵，泥土擠壓)，下部氣體就 不會被抽取上來其二、不適應(yīng)中國的南部區(qū)域勘探的要求，南部區(qū)域，多山， 道路崎嶇，土壤覆蓋層薄，道路難行勢必要增加鉆具的搬運(yùn)成本，甚至不可行， 土壤覆蓋層薄，將使得此鉆具難以實(shí)現(xiàn)對氣體的封閉，因而采集不到合格的氣 體。其三、在農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，車輛難以準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)預(yù)定采集點(diǎn)，需要鉆機(jī)配套的鉆 具必然是不能適應(yīng)工區(qū)的情況；其四、該專利的前提是利用車輛將鉆具及其配 套設(shè)備(鉆機(jī)，維護(hù)工具等)送到采集點(diǎn)，如果利用人力搬運(yùn)，理論上應(yīng)該可 以，但是其人力成本將是非常的昂貴。發(fā)明專利CN 1292148C為人力采集壤中氣提供了一種可以實(shí)現(xiàn)的方案，它 是利用人力將鉆具旋進(jìn)土壤中，利用對土壤的擠壓實(shí)現(xiàn)對于氣體的封閉，壤中 氣須通過卡瓦式濾網(wǎng)保護(hù)器上的小孔、過濾網(wǎng)，進(jìn)入集氣室，然后通過連通集 氣室與集氣瓶的毛細(xì)管從集氣室進(jìn)入毛細(xì)管。鉆具內(nèi)部是依靠密封墊圈完成集 氣室與地表氣體的分割。其特點(diǎn)是重量輕，組裝方便，基本能滿足潮濕、農(nóng)業(yè)耕作區(qū)對于氣體的采集要求。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有如下的不足；其一、強(qiáng)度不夠， 在硬土地上難以發(fā)揮其應(yīng)用的作用，由于在鉆頭體上有卡瓦式濾網(wǎng)保護(hù)器和濾 網(wǎng)，以及固定卡瓦式濾網(wǎng)保護(hù)器的螺母，使得集氣室的外部直徑必須小于鉆頭 體的最大直徑，此處也就成了鉆具強(qiáng)度最為薄弱之處，如果增加其直徑，必然 要增加鉆頭體的長度以及封蓋螺旋體的直徑，不僅增加重量，也使得人力鉆進(jìn) 的體力消耗增加；其二、不能適應(yīng)南方土壤覆蓋層薄的區(qū)域采集土壤氣體的需 要，由于采用了卡瓦式濾網(wǎng)保護(hù)器、濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)我們的實(shí)施結(jié)果，進(jìn)氣孔 距離鉆頭尖部的距離不應(yīng)小于25厘米，鉆頭螺紋到封蓋螺旋螺紋的間距約有20 厘米，而南方山區(qū)的土壤覆蓋層通常在50-70厘米，也就是說，在70厘米的土 壤層情況下，封蓋螺旋也僅進(jìn)入土壤層25厘米，顯然達(dá)不到對于土壤層中的氣 體的封閉作用，利用此種鉆具就不能在目前能源重點(diǎn)勘探的南方區(qū)域采集到合 格的氣體。其三、鉆具所使用的牙口對接方式對于加工精度要求高，從理論上 是能滿足對接要求，由于實(shí)際操作過程中人力鉆不可能在鉆進(jìn)中保持鉆具垂直， 以及加工的難度，使得其接口極易損壞，難以實(shí)用長久。因此，從國家對能源的迫切需求出發(fā)，迫切需要研制一種便于操作、易于 維護(hù)、強(qiáng)度高、能滿足農(nóng)業(yè)耕作區(qū)、濕潤土壤區(qū)以及南方山地需要、經(jīng)久耐用 的人力地氣采集裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有地氣采集鉆具存在的操作復(fù)雜、維護(hù)不方便、強(qiáng)度差 和采集深度受限等問題，提出了一種地氣采集螺旋鉆。 具體技術(shù)方案如下。本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆，包括錐形鉆頭體、封蓋螺旋桿、鉆桿和把手， 錐形鉆頭體與封蓋螺旋桿的錐形端螺紋連接，封蓋螺旋桿的另一端與鉆桿連接， 鉆桿再與把手連接，錐形鉆頭內(nèi)設(shè)置集氣室，在錐形鉆頭外部有一環(huán)形凹槽，凹槽內(nèi)布有4 8個，優(yōu)選6個等間距的通氣孔與集氣室相通；在集氣室內(nèi)設(shè)有 濾芯，濾芯的一端與取氣細(xì)長管螺旋相接，與濾芯相鄰有一密封墊，取氣細(xì)長 管穿過密封墊中心，密封墊的另一端設(shè)有壓緊螺栓，壓緊螺栓與鉆頭螺紋連接， 用旋緊壓緊螺栓擠壓密封墊使集氣室與外部大氣隔離；取氣細(xì)長管依次穿過封 蓋螺旋桿、鉆桿和把手，可與取氣設(shè)備相接。所述封蓋螺旋桿為外周設(shè)有雙道螺旋刀的中空封蓋螺旋體，從與鉆頭連接 端起逐漸變粗直到與鉆桿等直徑，其余部分為等直徑，封蓋螺旋桿與錐形鉆頭 螺紋相接，還可以進(jìn)一步用兩個定位螺釘固定，在封蓋螺旋桿的另一端設(shè)有銷 釘固定孔和一字型母接口或公接口，該端外周上設(shè)有反向螺紋。所述鉆桿為中空鉆桿， 一端設(shè)有與封蓋螺旋桿配套的一字型公接口或母接 口，繞該端外周有一環(huán)形凸緣以套在連接螺母內(nèi)卡住連接螺母，鉆桿與封蓋螺 旋桿以一字型接口相接，用連接螺母反向鎖緊，并在封蓋螺旋桿的銷釘固定孔 內(nèi)插入銷釘定位；鉆桿另一端為矩形，具有內(nèi)螺紋。所述把手中心設(shè)有與鉆桿的矩形端相配套的矩形凹槽，矩形凹槽中心設(shè)有 圓孔，將鉆桿的矩形端放在把手的矩形凹槽中，緊固螺栓穿過把手的圓孔和矩 形凹槽與鉆桿的內(nèi)螺紋連接。對于把手的形狀和構(gòu)成沒有特別的限定，只要便 于使用就可以，可以在把手中心構(gòu)件上安裝兩個或三個桿件，這樣便于用力旋 轉(zhuǎn)。因?yàn)殂@頭為圓錐形，體積比較小，在與封蓋螺旋桿連接或拆卸時，不便于 握住，所以優(yōu)選在所述鉆頭上設(shè)置一拆卸孔，在拆卸孔中插入一桿件，這樣握 住桿件就可以旋緊或拆下錐形鉆頭，拆卸孔中有一通氣孔與集氣室相通，從而 集氣室又增加一條通氣孔，并且位置比環(huán)形凹槽中的通氣孔稍低，更有利于采 氣?？膳c本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆連接的取氣設(shè)備由氣泵(注射器)、針頭、 取氣細(xì)長管、集氣瓶等組成，將與取氣細(xì)長管連接的針頭插入裝滿飽和鹽水的集氣瓶中，同樣將與注射器連接的針頭插入集氣瓶中，用注射器抽出集氣瓶中 的鹽水，使取氣細(xì)長管中氣體的壓強(qiáng)低于土壤氣體壓強(qiáng)，在氣體壓差的作用下， 地氣由通氣孔，經(jīng)集氣室，通過取氣細(xì)長管進(jìn)入集氣瓶中。此即用人力將鉆具 旋入土壤中，通過螺旋葉片密封、將大氣與土壤中的氣體隔絕，采用直接排水 負(fù)壓取氣法直接取氣的地氣采集螺旋鉆。本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆在普光氣田、建南氣田、東北十屋斷陷區(qū)、鹽城 朱家墩氣田均進(jìn)行了應(yīng)用，采集的地氣異常地與已知油氣田吻合，取得了很好 的效果。本發(fā)明的通氣孔距鉆頭頂部可以是2 3厘米，與發(fā)明CN 200310102236.8 相比，距離減少了22厘米，使得鉆頭孔所受擠壓作用小，因而使得本發(fā)明取氣 鉆具有易透氣和省力的特點(diǎn)，在采集同樣深度氣體的情況下，本發(fā)明鉆具的長 度要短于CN200310102236.8大約22厘米，顯然鉆具的重量要明顯減輕。本發(fā)明的鉆頭為小圓錐體，在鉆進(jìn)和退出過程中，所受力矩較小，不易受 損，而封蓋螺旋為一整體，兩者以螺紋密切相接，從而提高了鉆具的強(qiáng)度。從 幾個工區(qū)的應(yīng)用情況看，此部分的強(qiáng)度完全能滿足野外采樣的工程需要。本發(fā)明的封蓋螺旋為雙道螺紋，與單道螺紋相比，提高了封蓋效果，提高 了鉆進(jìn)速度，與達(dá)到同樣封蓋效率相比，可以減少封蓋螺紋的長度，間接的減 少了鉆具的重量。本發(fā)明的接口是一字型直插接口，與對接牙口相比，裝卸簡便，加工容易， 強(qiáng)度高，接口不易損壞，從而保證了鉆具的整體強(qiáng)度，能適應(yīng)工程取氣的需要。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，去掉了遮瓦式護(hù)網(wǎng)過濾裝置，使得鉆具的整體線條 流暢，造型優(yōu)美，提高了其商業(yè)推廣價值。由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更為合理，不僅使得維護(hù)更為方便，且維護(hù)工具較小， 使得野外所攜帶的維護(hù)工具重量減少，間接地提高了工作效率。本發(fā)明為人力中空螺旋鉆具，鉆頭進(jìn)氣，鉆柄抽氣，攜帶方便，組裝簡單，維護(hù)方便；本發(fā)明的鉆頭不采用濾網(wǎng)、卡瓦式過濾保護(hù)器結(jié)構(gòu)，從而增加了強(qiáng) 度，本發(fā)明的鉆頭體積較小，這樣在鉆地時扭矩較小，不易損壞，操作方便、簡單、可靠；集釆、集氣為一體的人力壤中氣取樣裝置。


圖1為本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆的鉆頭的剖面示意圖。圖3為本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆的封蓋螺旋桿的剖面示意圖。圖4為本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆的鉆桿的剖面示意圖。圖5為本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆的把手的示意圖。符號說明1.濾芯；2.通氣孔；3.取氣細(xì)長管；4.定位螺釘；5.密封墊；6.壓緊螺 栓；7.封蓋螺旋桿；8. —字接頭；9.鉆桿；10.緊固螺栓；11.把手；12.銷 釘固定孔；13.連接螺母；14.拆卸孔；15.鉆頭；16.集氣室。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆。如圖1所示，本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆，包括錐形鉆頭體15、封蓋螺旋桿 7、鉆桿9和把手11，錐形鉆頭體15與封蓋螺旋桿7的錐形端螺紋連接，封蓋 螺旋桿7的另一端與鉆桿9連接，鉆桿9再與把手11連接，如圖2所示，錐形 鉆頭15內(nèi)設(shè)置集氣室16，在錐形鉆頭15外部有一環(huán)形凹槽，凹槽內(nèi)布有6個 等間距的通氣孔2與集氣室16相通；在集氣室16內(nèi)設(shè)有濾芯1，阻止土壤進(jìn)入 取氣細(xì)長管3，避免取氣細(xì)長管3被堵，氣體通過濾芯1進(jìn)入取氣細(xì)長管3;濾 芯1的一端與取氣細(xì)長管3螺旋相接，與濾芯1相鄰有一密封墊5，取氣細(xì)長管 3穿過密封墊5中心，密封墊5的另一側(cè)設(shè)有壓緊螺栓6,壓緊螺栓6與鉆頭15 以螺紋連接，用旋緊壓緊螺栓6擠壓密封墊5使集氣室16與外部大氣隔離；取氣細(xì)長管3依次穿過封蓋螺旋桿7、鉆桿9和把手11，可與取氣設(shè)備相接。 如圖1和3所示，所述封蓋螺旋桿7為外周設(shè)有雙道螺旋刀的中空封蓋螺旋體，從與鉆頭連接端起逐漸變粗直到與鉆桿等直徑，其余部分為等直徑，封 蓋螺旋桿7與錐形鉆頭15螺紋相接，可用兩個定位螺釘4固定，在封蓋螺旋桿 7的另一端設(shè)有銷釘固定孔12和一字型母接口或公接口 8，該端外周上設(shè)有反 向螺紋。如圖1和4所示，鉆桿9為中空鉆桿， 一端設(shè)有與封蓋螺旋桿7配套的一 字型公接口或母接口，繞該端外周有一環(huán)形凸緣以套在連接螺母13內(nèi)卡住連接 螺母13，鉆桿9與封蓋螺旋桿7以一字型接口直插相接，用連接螺母反向鎖緊， 并在封蓋螺旋桿7的銷釘固定孔12內(nèi)插入銷釘定位，以確保鉆具反轉(zhuǎn)過程中不 會脫落；鉆桿9另一端為矩形，具有內(nèi)螺紋。把手11中心設(shè)有與鉆桿9的矩形端相配套的矩形凹槽，矩形凹槽中心設(shè)有 圓孔，將鉆桿9的矩形端放在把手11的矩形凹槽中，緊固螺栓10穿過把手11 的圓孔與鉆桿9的內(nèi)螺紋連接。在鉆頭15上設(shè)有一拆卸孔14，在拆卸孔14中插入一桿件可旋緊或拆下錐 形鉆頭，拆卸孔中有一通氣孔與集氣室16相通。本領(lǐng)域的技術(shù)人員看到，在不脫離本發(fā)明的精神和要旨下，可以對本發(fā)明 的地氣采集螺旋鉆進(jìn)行許多修改，這些修改仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種地氣采集螺旋鉆，包括錐形鉆頭體、封蓋螺旋桿、鉆桿和把手，錐形鉆頭體與封蓋螺旋桿的錐形端螺紋連接，封蓋螺旋桿的另一端與鉆桿連接，鉆桿再與把手連接，其特征在于，錐形鉆頭內(nèi)設(shè)置集氣室，在錐形鉆頭外部有一環(huán)形凹槽，凹槽內(nèi)布有4～8個等間距的通氣孔與集氣室相通；在集氣室內(nèi)設(shè)有濾芯，濾芯的一端與取氣細(xì)長管螺旋相接，與濾芯相鄰有一密封墊，取氣細(xì)長管穿過密封墊中心，密封墊的另一端設(shè)有壓緊螺栓，壓緊螺栓與鉆頭螺紋連接，用旋緊壓緊螺栓擠壓密封墊使集氣室與外部大氣隔離；取氣細(xì)長管依次穿過封蓋螺旋桿、鉆桿和把手，可與取氣設(shè)備相接。
2. 如權(quán)利要求1所述的地氣采集螺旋鉆，其特征在于，所述封蓋螺旋桿為 外周設(shè)有雙道螺旋刀的中空封蓋螺旋體，從與鉆頭連接端起逐漸變粗直到與鉆 桿等直徑，其余部分為等直徑，封蓋螺旋桿與錐形鉆頭螺紋相接；在封蓋螺旋 桿的另一端設(shè)有銷釘固定孔和一字型母接口或公接口，在銷釘固定孔內(nèi)插入銷 釘定位于封蓋螺旋桿上，該端外周上設(shè)有反向螺紋。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的地氣采集螺旋鉆，其特征在于，封蓋螺旋桿與 錐形鉆頭用定位螺釘固定。
4. 如權(quán)利要求1所述的地氣采集螺旋鉆，其特征在于，鉆桿為中空鉆桿， 一端設(shè)有與封蓋'螺旋桿配套的一字型公接口或母接口，繞該端外周有一環(huán)形凸 緣以套在連接螺母內(nèi)卡住連接螺母，鉆桿與封蓋螺旋桿以一字型接口相接，用 連接螺母反向鎖緊；鉆桿另一端為矩形，具有內(nèi)螺紋。
5. 如權(quán)利要求1所述的地氣采集螺旋鉆，其特征在于，把手中心設(shè)有與鉆 桿的矩形端相配套的矩形凹槽，矩形凹槽中心設(shè)有圓孔，將鉆桿的矩形端放在 把手的矩形凹槽中，緊固螺栓穿過把手與鉆桿的內(nèi)螺紋連接。
6. 如權(quán)利要求1所述的地氣采集螺旋鉆，其特征在于，在鉆頭上設(shè)有一拆 卸孔以插入一桿件可旋緊或拆下錐形鉆頭，拆卸孔中有一通氣孔與集氣室相通。
全文摘要
本發(fā)明的地氣采集螺旋鉆屬于鉆具的技術(shù)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有地氣采集鉆具存在的操作復(fù)雜、維護(hù)不方便、強(qiáng)度差和采集深度受限等問題，提出一種地氣采集螺旋鉆，包括錐形鉆頭體、封蓋螺旋桿、鉆桿和把手，錐形鉆頭體與封蓋螺旋桿的錐形端螺紋連接，封蓋螺旋桿的另一端與鉆桿連接，鉆桿再與把手連接，錐形鉆頭內(nèi)設(shè)置集氣室，鉆頭上設(shè)有與集氣室相通的通氣孔，在集氣室內(nèi)設(shè)有濾芯和密封墊，取氣細(xì)長管含在濾芯中穿過密封墊中心，用壓緊螺栓擠壓密封墊使集氣室與外部大氣隔離；取氣細(xì)長管依次穿過封蓋螺旋桿、鉆桿和把手與取氣設(shè)備相接。該攜帶方便，組裝簡單，維護(hù)方便；強(qiáng)度高，操作方便、簡單、可靠；集采、集氣為一體的人力壤中氣取樣裝置。
文檔編號G01N1/22GK101236141SQ20071006351
公開日2008年8月6日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者春 任, 夏響華, 李吉鵬, 陳偉鈞 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院