CN204705511U - 一种游离烃及土壤样品的采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种游离烃及土壤样品的采集装置。该游离烃及土壤样品的采集装置包括一根中空的钻杆和螺旋片，所述螺旋片以螺旋方式缠绕设置在所述钻杆的杆体外壁，并延伸至所述钻杆的底部；所述钻杆的底部与一个双翼钻头相连接；所述钻杆的杆体外壁的上部和下部分别开设有一抽气口和一进气口，所述钻杆的中空腔体内设有一根毛细管，所述进气口和所述抽气口之间通过所述毛细管相连通。本实用新型采用动力头带动整个螺旋钻杆钻进，钻进的动力大、速度快，能够获取3米或更深层的土壤中的游离烃气体，双翼钻头与螺旋片相互配合，在钻进过程中能够取得同深度的土壤样品，金属毛细管状态更稳定，有利于取得质量高的游离烃气体样品。

Description

一种游离烃及土壤样品的采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种游离烃及土壤样品的采集装置，属于油气地球化学勘探技术领域。

背景技术

在油气资源勘查手段中，地球化学勘探是一种重要方法，对土壤中游离烃的采集是地球化学勘探的重要环节，对游离烃的分析是能够反映油气异常的重要指标。在油气藏上方，由于烃类气体的微渗逸，通过在地表采样，并现场进行游离烃指标化学分析，从而快速发现油气异常。同时，采集土壤样品，进行分析可以作为辅助指标。

目前，游离烃气体样的常用采集装置有以下几种：

第一种是采用钢钎装置，重锤敲击到大约1-1.5米深度后，用特种取气装置与真空泵抽连接，抽取游离烃气体样品，通过分析游离烃气体样品，间接得到地下油气藏的信息。这种采集装置因为动力不足或钢钎和取气的密封性不好，地表的空气容易进入取气装置中，从而对采集的游离气造成地表空气的干扰；另外由于采样深度浅，采集样品易受到地表污染干扰，以致在分析游离烃样品时，经常得出错误的信息，从而影响到油气地球化学勘探的探测效果。

第二种是人力操作的锥形钻头螺旋钻具，其优点是设计简洁，携带方便，采集的深度在3米左右，缺点是动力小，采集时间长，钻具返土能力差，不能同时取土样。

第三种是机械动力带动的锥形钻头的螺旋钻具，其内部取气毛细管常采用特种塑料材料，采用排水取气法采集气样。其优点是动力大，能快速采集3米深度的样品，样品受地表的污染小，螺旋钻具的密封性好，能够较好地采集到土壤中的游离烃，缺点是由于采用的锥形钻头底部向两边挤压，不能及时返土，不能取得同深度的土样；塑料毛细管对有机成分的游离烃在钻具钻到发热时有一定的污染；在冬天施工中，采用排水取气法取气时，毛细管容易被水滴冻住，受堵。

此外，现有技术中，采用现有工具采集游离烃气体和土壤样品的地层都比较浅，而浅表地层容易受到污染，这种情况下得到的数据会对油气指标数据产生不利影响。

实用新型内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种游离烃及土壤样品的采集装置，能够快速高质量地采集到3米或更深层的土壤中封闭的游离烃气体，同时能够进行土壤样品的采集。

本实用新型的目的通过以下技术方案得以实现：

一种游离烃及土壤样品的采集装置，该装置包括一根中空的钻杆和螺旋片，所述螺旋片以螺旋方式缠绕设置在所述钻杆的杆体外壁上，并延伸至所述钻杆的底部；

所述钻杆的底部与一个双翼钻头相固定连接；

所述钻杆的杆体外壁的上部和下部分别开设有一抽气口和一进气口，所述钻杆的中空腔体内设有一根可拆卸的毛细管，所述进气口和所述抽气口之间通过所述毛细管相连通。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，采用双翼钻头能够有效进行返土，解决了传统的三翼钻头或锥形钻头不能进行返土的问题。本实用新型同时采用螺旋片这一部件，能够将双翼钻头钻取并返出的土壤通过螺旋片返回至地表，便于土壤样品的提取；同时，螺旋片还能起到隔绝空气密封钻孔的作用。根据具体实施方案，螺旋片沿钻杆沿着旋转前进的方向向下延伸。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述双翼钻头包括左右双翼，双翼在旋转前进方向的翼面为设置有弧形凹陷的平面，或者双翼在旋转前进方向的翼面为曲面。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，在旋转前进方向的翼面，也就是铲土的面，与土直接作用的面，形成弧形凹陷或曲面，能够产生一股上扬的力，推动铲出的土向上传输。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述双翼的平行夹角为15-30度，垂直方向夹角为50-70度，双翼的宽度比钻杆宽3-5毫米。更优选的，所述双翼的平行夹角为15度，垂直方向夹角为70度，双翼的宽度比钻杆宽5毫米。

上述的双翼钻头的宽度略比钻杆宽，过宽则易漏气，窄则无法将铲出的土向上传递出去。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述钻杆的底部通过钻头连接螺栓或螺纹与所述双翼钻头相固定连接。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述双翼钻头还包括连接销孔、圆柱连接体、六棱柱连接体和至少一个的密封垫槽；

所述六棱柱连接体的底部四周设有环形凸缘，所述环形凸缘的外径与所述钻杆的外径一致；

所述连接销孔设置在所述六棱柱连接体上；

所述密封垫槽环绕设置在所述圆柱连接体的外周；

所述圆柱连接体与所述六棱柱连接体同轴心固定连接，所述圆柱连接体和所述双翼分别设置在所述六棱柱连接体的顶部和底部；

所述钻杆底部杆体内设置有与所述圆柱连接体和所述六棱柱连接体匹配的腔，所述圆柱连接体和所述六棱柱连接体进入钻杆底部杆体内后与所述钻杆相抵接；

所述圆柱连接体和所述钻杆的内壁通过设置在所述密封垫槽上的密封垫形成密封；

所述钻杆靠近底部的下端设置有与所述连接销孔相匹配的孔，所述钻杆和所述双翼钻头通过连接销穿过所述连接销孔和钻杆上的孔实现固定连接。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述钻杆为麻花螺旋钻杆。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述钻杆的顶部与动力头连接。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，更优选的，所述钻杆的顶部设有动力头连接丝扣，所述钻杆通过所述动力头连接丝扣与所述动力头相连接。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述进气口处设有滤网。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述进气口处还设置有护碗；所述护碗呈流线型，设置在所述钻杆外壁上、进气口处螺旋片的上下沿之间，高出进气口0.3-1厘米，优选高出进气口1厘米。

上述的护碗是设置在进气口的运行方向的前方的，只有这样才能起到保护作用；使用护碗能够使进气口在钻进的过程中受到的土壤压力最小，还可以防止土壤高压挤堵进气口。传统的进气口没有护碗保护装置，钻到3米后取气时，产生负压抽不出气，底部进气口被堵；本实用新型采用了进气口护碗保护技术，使得抽气时，能顺利抽出底部3米深度的土壤气体。

上述游离烃及土壤样品的采集装置中，毛细管可以是塑料毛细管、四氟乙烯毛细管、金属毛细管等，但是以往采用塑料材料的毛细管，在高速钻进的情况下发热，造成塑料材料的毛细管因热挥发出有机成分气体，导致与油气密切相关的游离烃成分受到污染，所以不宜选用，同时也要考虑使用成本，因此，优选的，所述毛细管为金属毛细管。

本实用新型中，金属毛细管是一根长管的设计，可达4米以上，且是可拆卸的设计。而现有技术中，要达到足够的深度就需要连接多根毛细管，而多跟毛细管连接等方式会产生漏气，且多根连接的方式中如出现损坏，更换极不方便；本申请的技术方案有一根长管构成，金属材质质地坚硬，不易漏气，且可拆卸的方式下能够整体方便快速地进行更换。

上述的游离烃及土壤样品的采集装置中，优选的，所述金属毛细管的外径为2mm，内部体积1.5-2毫升。

现有的传统排水取气法取气，需要先往毛细管内注入水，排出毛细管内的原有气体，然后再抽取地下原始气体的方法，至少需要5分钟；

本实用新型采用超细金属毛细管技术，排出2毫升的管内原有气体，再取游离烃气体一般需要不到1分钟的时间。

本实用新型还提供一种游离烃及土壤样品的采集方法，其使用上述的游离烃及土壤样品的采集装置，包括以下步骤：

步骤一、将钻杆的顶部与动力头相连接；

步骤二、开启动力头，带动钻杆钻进至采集点，停止；

步骤三、对钻杆上部的抽气口进行抽气，气体依次通过采进气口、滤网、毛细管和抽气口，抽出的气样灌装保存，作为该采集点的游离烃采集样品，同时采集螺旋片返上来的土壤样品，密封保存。

上述的采集方法中，可以使用注射器对钻杆上部的抽气口进行抽气，然后可以将抽取的气体密封保存在注射器中。

上述的游离烃及土壤样品的采集方法中，优选的，该采集方法还包括在进行步骤一之前对钻杆的腔体内部的毛细管进行密封性试验的步骤。

上述的采集方法中。采用密封性试验能够确保毛细管不漏气。

本实用新型的突出效果为：

本实用新型将双翼钻头和返土用螺旋片，以及采气用的毛细管进行一体式设计，能够同时直接采集土样和气样，结构简单实用，操作方便，提高效率；采用了动力头带动整个螺旋钻杆钻进，钻进的动力大、速度快，能够获取3米或更深层的土壤中的游离烃气体，双翼钻头与螺旋片相互配合，在钻进过程中能够取得同深度的土壤样品，金属毛细管在高速钻动的情况下状态更稳定，有利于取得质量高的游离烃气体样品，且抽气速度快。

附图说明

图1是实施例游离烃及土壤样品的采集装置的结构示意图；

图2是实施例双翼钻头的结构示意图。

附图标号说明：

1动力头连接丝扣、2麻花螺旋钻杆、3螺旋片、4连接销、5双翼钻头、6进气口、7滤网、8抽气口、9金属毛细管、10护碗、11密封垫槽、12圆柱连接体、13连接销孔、14右翼、15左翼、16六棱柱连接体。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。

实施例

本实施例提供一种油气地球化学勘探的游离烃及土壤样品的采集装置，如图1所示，该装置包括中空的麻花螺旋钻杆2，麻花螺旋钻杆2的顶部设有动力头连接丝扣1，麻花螺旋钻杆2通过动力头连接丝扣1与动力头连接。螺旋片3以螺旋方式缠绕设置在螺旋钻杆2的杆体外壁，并在螺旋前进的方向上延伸至麻花螺旋钻杆2的底部；

麻花螺旋钻杆2的底部与一个双翼钻头5固定连接；

上述双翼钻头5，如图2所示，包括左右双翼，左翼15、右翼14，双翼在旋转前进方向的翼面为设置有弧形凹陷的平面，双翼的平行夹角为15度，垂直方向夹角为70度，双翼的宽度比钻杆宽5毫米；

上述的双翼钻头5，如图2所示，还包括连接销孔13、圆柱连接体12、六棱柱连接体16和两个的密封垫槽11；

六棱柱连接体16的底部四周设有环形凸缘，所述环形凸缘的外径与所述麻花螺旋钻杆2的外径一致；

连接销孔13设置在六棱柱连接体16上；

密封垫槽11环绕设置在圆柱连接体12的外周；

所述圆柱连接体12与所述六棱柱连接体16同轴心固定连接，所述圆柱连接体12和所述双翼分别设置在所述六棱柱连接体16的顶部和底部；

所述麻花螺旋钻杆2底部杆体内设置有与所述圆柱连接体12和所述六棱柱连接体16匹配的腔，所述圆柱连接体12和所述六棱柱连接体16进入钻杆底部杆体内后与所述麻花螺旋钻杆2相抵接；

所述圆柱连接体12和所述麻花螺旋钻杆2的内壁通过设置在所述密封垫槽11上的密封垫形成密封；

所述麻花螺旋钻杆2靠近底部的下端设置有与所述连接销孔13相匹配的孔，所述麻花螺旋钻杆2和所述双翼钻头5通过连接销4穿过所述连接销孔13和麻花螺旋钻杆2上的孔实现固定连接。

麻花螺旋钻杆2的杆体外壁的上部和下部分别开设有抽气口8和进气口6，进气口6处设有滤网7。

麻花螺旋钻杆2的进气口6处还设置有护碗10；护碗10呈流线型，设置在麻花螺旋钻杆外壁上、进气口6处的螺旋片的上下沿之间，高出进气口1厘米。

麻花螺旋钻杆2的中空腔体内设有可拆卸的金属毛细管9，金属毛细管9的外径为2mm，内部体积1.5-2毫升，进气口6和抽气口8之间通过金属毛细管9相连通。

本实施例还提供一种游离烃及土壤样品的采集方法，其使用上述的游离烃及土壤样品的采集装置，包括以下步骤：

步骤一、先进行麻花螺旋钻杆2的腔体内部的金属毛细管9的密封性试验，以确保金属毛细管9不漏气，试验合格后将麻花螺旋钻杆2的顶部与动力头连接组装；

步骤二、开启动力头，带动麻花螺旋钻杆2顺时针钻进，钻到采集点停止；在样品采集钻进过程中，双翼钻头5通过螺旋片3进行返土，同时达到隔绝空气的密封目的；

步骤三、用注射器在麻花螺旋钻杆2上部的抽气口8进行抽气，气体依次通过采进气口6、滤网7、金属毛细管9和抽气口8进入注射器，抽出的气样用密封垫密封好(其中第一管因含有空气应排除，收集第二管)，作为该采集点的游离烃采集样品，同时采集螺旋片3返上来的土壤样品，用铝箔袋密封装好。

本实施例的采集装置在10分钟左右即可钻到3米深的采集点，在油气藏上方采集到的游离烃CH₄(甲烷)含量可高达1000ppm-10000ppm，而传统采集装置采集的游离烃CH₄(甲烷)含量在300ppm以下，在新疆大碗齐油田的地表油气化学勘探中，应用本实施例采集游离气样品，分析结果成功预测了10口油井。

对比试验：

1、钻头选取实验：按照上述的油气地球化学勘探的游离烃及土壤样品的采集装置进行试验，区别在于将本实施例的双翼钻头换成普通双翼钻头和三翼钻头，实验结果显示，在钻到同样3米深的地层，三翼钻头的返土量一般在100克左右，双翼钻头的返土量一般300克左右，而本实用新型实施例的的返土双翼钻头的返土量在2000克左右，可见本实用新型的双翼钻头具有明显的返土效果。

2、护碗保护实验：按照上述的油气地球化学勘探的游离烃及土壤样品的采集装置进行试验，区别在于是否安装护碗。实验结果显示，进气口没有护碗保护装置，钻到3米后取气时，产生负压抽不出气，底部进气口被堵；本实用新型实施例采用了进气口护碗保护技术，使得抽气时，能顺利抽出底部3米深度的土壤气体。

3、毛细管采气实验：对比例采用现有传统的排水取气法取气，先往毛细管内注入水，排出毛细管内的原有气体，然后再抽取地下原始气体的方法，整个过程至少需要5分钟；本实用新型实施例采用超细金属毛细管技术，排出2毫升的管内原有气体，再取游离烃气体一般需要不到1分钟的时间。

4、采土采气实验：对比例采用现有技术中分别单独采集土样及气样的常规方法，至少要用15分钟的时间；本实用新型实施例方法采用了超细金属毛细管取气、返土双翼钻头和进气口保护技术及大动力钻进，一次性实现采土采气作业，可以实现5分钟内同时完成土样与气样的采集。

由上可见，本实用新型实施例将双翼钻头和返土用螺旋片，以及采气用的毛细管进行一体式设计，能够同时直接采集土样和气样，结构简单实用，操作方便，提高效率；采用的动力头带动整个螺旋钻杆钻进，钻进的动力大、速度快，能够获取3米或更深层的土壤中的游离烃气体，双翼钻头与螺旋片相互配合，在钻进过程中能够取得同深度的土壤样品，金属毛细管在高速钻动的情况下状态稳定，有利于取得质量高的游离烃气体样品，且抽气速度快。

Claims (11)

1.一种游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：该游离烃及土壤样品的采集装置包括一根中空的钻杆和螺旋片，所述螺旋片以螺旋方式缠绕设置在所述钻杆的杆体外壁上，并延伸至所述钻杆的底部；

所述钻杆的底部与一个双翼钻头相固定连接；

所述钻杆的杆体外壁的上部和下部分别开设有一抽气口和一进气口，所述钻杆的中空腔体内设有一根可拆卸的毛细管，所述进气口和所述抽气口之间通过所述毛细管相连通。

2.根据权利要求1所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述双翼钻头包括左右双翼，双翼在旋转前进方向的翼面为设置有弧形凹陷的平面，或者双翼在旋转前进方向的翼面为曲面。

3.根据权利要求2所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述双翼的平行夹角为15-30度，垂直方向夹角为50-70度，双翼的宽度比钻杆宽3-5毫米。

4.根据权利要求1-3任一项所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述钻杆的底部通过钻头连接螺栓或螺纹与所述双翼钻头相固定连接。

5.根据权利要求2或3所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述双翼钻头还包括连接销孔、圆柱连接体、六棱柱连接体和至少一个的密封垫槽；

所述六棱柱连接体的底部四周设有环形凸缘，所述环形凸缘的外径与所述钻杆的外径一致；

所述连接销孔设置在所述六棱柱连接体上；

所述密封垫槽环绕设置在所述圆柱连接体的外周；

所述圆柱连接体与所述六棱柱连接体同轴心固定连接，所述圆柱连接体和所述双翼分别设置在所述六棱柱连接体的顶部和底部；

所述钻杆底部杆体内设置有与所述圆柱连接体和所述六棱柱连接体匹配的腔，所述圆柱连接体和所述六棱柱连接体进入钻杆底部杆体内后与所述钻杆相抵接；

所述圆柱连接体和所述钻杆的内壁通过设置在所述密封垫槽上的密封垫形成密封；

所述钻杆靠近底部的下端设置有与所述连接销孔相匹配的孔，所述钻杆和所述双翼钻头通过连接销穿过所述连接销孔和钻杆上的孔实现固定连接。

6.根据权利要求1所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述钻杆为麻花螺旋钻杆。

7.根据权利要求1所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述钻杆的顶部与动力头连接。

8.根据权利要求7所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述钻杆的顶部设有动力头连接丝扣，所述钻杆通过所述动力头连接丝扣与所述动力头相连接。

9.根据权利要求1所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述进气口处设有滤网。

10.根据权利要求9所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述进气口处还设置有护碗；所述护碗呈流线型，设置在所述钻杆外壁上、进气口处螺旋片的上下沿之间，高出进气口0.3-1厘米。

11.根据权利要求1所述游离烃及土壤样品的采集装置，其特征在于：所述毛细管为外径为2mm，内部体积1.5-2毫升的金属毛细管。