一种土层取气钻具技术领域
本实用新型涉及一种钻具，特别是用于浅土层获取气体样本的土层取气钻具，属钻进技术领域。
背景技术
油气化探是用地球化学方法地从土壤、岩石、水样、气样及植物等介质中检测烃及其伴生物和蚀变产物，预测某一区域的含油气远景，指出油气富集地区，评价区块的含油气性，提供探井布署建议的一种勘查技术。油气化探通过物理化学测试方法探测埋藏于地下几千米的油气藏中渗漏出的微量烃组分及由此引起的其他地质地球化学变化，来确定地下油气藏的位置，是一种直接、经济、快速的油气勘查方法。近年来，油气化探技术在油气勘探领域得到了积极应用，其中，取样技术是油气化探中的关键环节，主要包括获取地表以下指定点的气样、土（岩）样、水样等，其中，取气样的难度最大，钻具结构也最为复杂。取气样的精准程度对于后期的样品分析具有重要的意义，直接影响油气化探的最终结果。现有的浅层取气样钻具较少，在取气样时，与大气隔绝方面设计不够严谨，尚未达到理想的密封效果，导致气样采取时与大气相混合，混合后气样的成分与目的层气样的成分相差很大，直接影响后期实验室分析的结果，不能够形成具有指导意义的结论；如果进行二次取样作业，将会造成人力、物力、财力的严重浪费。此外，现有的取气样钻具结构相对复杂，操作步骤繁多，操作稍有不慎，便会造成所取气样与大气相混，影响取样质量；同时，复杂的结构设计导致机加工成本升高，给后期钻具投向市场带来困难；另一方面，复杂的结构钻具导致零部件数量增加，总重量随之增加，无疑增加了野外施工工人的劳动强度，增加了钻探取样施工的辅助时间，在降低钻探效率的同时也提升了钻探施工成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种密封效果好，防止气样混样且结构设计简单便于操作的土层取气钻具。
本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：
一种土层取气钻具，包括外管、内管、外钻头和内钻头，外管、内管和外钻头均为空心结构，外管下端与外钻头螺纹连接，内管下端与内钻头螺纹连接，内钻头的中上部和内管位于外管与外钻头的内孔中，内钻头中部与外钻头的内孔间隙配合，内钻头内设有轴向气道和径向气道，轴向气道下端连通径向气道，轴向气道的上端经第二接头连接排气管的下端，排气管上端固接第一接头，第一接头上端覆盖铜帽，铜帽顶部设有通孔，铜帽与第二接头之间设有橡胶垫；所述外管上端与外管接头螺纹连接，外管接头顶部插装砧子。
上述土层取气钻具，所述外钻头上部外径大于下部外径，外钻头上部外径大于外管外径。
上述土层取气钻具，所述内钻头下部设有圆锥形的钻进端；内钻头中部并排设置四道密封圈，四道密封圈分布在径向气道两侧，径向气道内设有滤网。
上述土层取气钻具，增设用于击打内管的击打接头，击打接头内设有台阶孔，击打接头下部大直径孔的孔径大于内管的外径，击打接头中上部小直径孔的孔径大于第一接头及铜帽的外径、小于内管的外径。
上述土层取气钻具，所述第二接头与内钻头上端面间设有密封垫。
上述土层取气钻具，所述外管接头上部沿径向设有拆装孔，拆装孔内穿入钢绳。
本实用新型所述土层取气钻具，对关键部位做了有效密封结构设计，能够快速精准地采集到目的层的原样气体，采集到的气样不混样，保真效果好，从而保证样品实验室测试分析的准确性；所述钻具整体结构采用机械构件，零部件结构简单，易于加工及装配，总成本低廉，有助于此种取气钻具推向市场；整套钻具结构紧凑合理，重量相对较轻，便于野外施工使用；此外，所述钻具操作简单快捷，可有效提高取样施工效率，缩短工期，控制施工成本，实现高效、经济的目的。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1A处的局部放大视图；
图3是图1B处的局部放大视图；
图4是本实用新型抽气操作状态的结构示意图。
图中各标号清单为：1、砧子，2、外管接头，3、钢丝绳，4、铜帽，5、橡胶垫，6、第一接头，7、排气管，8、内管，9、第二接头，10、密封垫，11、垫圈，12、轴向气道，13、径向气道，14、密封圈，15、外管，16、外钻头，17、内钻头，18、击打接头。
具体实施方式
参看图1、图2和图3，本实用新型包括外管15、内管8、外钻头16、内钻头17和砧子1。外管、内管和外钻头均为空心结构，外管的下端与外钻头的上端螺纹连接，内管的下端与内钻头的上端螺纹连接，内钻头的中上部位和内管位于外管与外钻头的内孔中。内钻头中部与外钻头的内孔间隙配合，内钻头中部设有气体流动的轴向气道12和径向气道13，轴向气道下端连通径向气道，径向气道内填充有过滤杂质的100目滤网。内钻头的下部设有圆锥形的钻进端，内钻头的中部并排设置四道密封圈14，四道密封圈分布在径向气道两侧。轴向气道的上端经第二接头9连接排气管7的下端，第二接头与内钻头上端面间设有密封垫10。排气管上端固接第一接头6，第一接头顶部端覆盖铜帽，铜帽与第一接头螺纹连接，铜帽顶部设有用于抽气的通孔，铜帽与第二接头间设有橡胶垫5。外钻头的上部外廓为圆柱形，中部外廓为倒圆台形，下部外廓为圆柱形。外钻头上部外径大于下部外径且外钻头上部外径大于外管外径。外管的上端与外管接头2螺纹连接，外管接头顶部插装砧子1。内管与内钻头肩台部位设有垫圈11。外管接头2的上部沿径向设有拆装孔，拆装孔内穿入钢绳3。
参看图2，增设用于击打内管的击打接头18，击打接头内设有台阶孔，击打接头下部大直径孔的孔径大于内管的外径，击打接头中上部小直径孔的孔径大于第一接头及铜帽的外径、小于内管的外径。
参看图1、图2，本实用新型用于地表以下1.5m左右土层中含有的气体进行取样，取样工作操作的具体过程如下：首先利用钻探设备及钻具钻进至取气样深度，取出孔内钻具，将所述取气钻具下入孔内，利用钻机的冲击动力头冲击砧子1达到预定深度后，移除砧子；将外管接头2与外管15之间的丝扣卸开，钢丝绳3主要用于卸扣，在钢丝绳套中插入铁棍或钢管旋转即可拆下外管接头，与常规使用管钳卸扣相比更为简便快捷，不容易损伤管壁；下一步，将内管8反向卸扣数圈，使内管相对内钻头移动约30mm；然后卸开铜帽4，取出橡胶垫5，利用注射器抽取清水，将铜管7内注满清水，排出铜管、轴向气道、径向气道内的空气，避免造成所取目的层气体混样；然后将铜帽、橡胶垫重新安装到第一接头6上，拧紧铜帽密封；安装上击打接头18向下冲击内管，内管带动内钻头17向下移动约30mm；此时，径向气道进打开，气体沿内径向气道、轴向气道和排气管向上移动；气体积累到一定量后，利用注射器插入橡胶垫抽取地层气体，将抽取气体的注射器放置在水槽中，应用排水取气法将采集到的地层气体储存在集气瓶中，编号保存。由于外钻头16的外径大于外管15的外径，因此可将孔壁进行强行挤压，在极大的压力及较大的接触面条件下，形成对所取层位地层气体可靠的密封保护。内钻头向下约移动30mm后，在外钻头与内钻头之间形成了一个环状空间，在内钻头向下钻进时形成抽吸作用下，环状空间形成负压，使地层气体快速运移至轴向气道和排气管，进而上行至橡胶垫处。另外，还可以在进气孔完全打开后，利用注射器插入橡胶垫，从密封好的铜管中抽出一定量的清水，在内腔中形成更大的负压，有助于地层气体的快速运移，进一步缩短气样的采取时间。在抽吸作用下，地层气体快速移动，有效地缩短了气样的采取时间，提高取样效率，利用排水取气法将采集到的目的层原样气体保存起来，为样品后续分析、检测工作的精准性提供了可靠的保障。