一种浅层流体采样装置及采样方法与流程

本发明涉及一种采样装置及采样方法，特别是一种用于采集浅层流体的采样装置及采样方法，属于浅层地质取样技术领域。

背景技术：

为了全面了解地质结构，在地下采集土样的同时，还需要采集地下水或地下气体，通过对地下水和气体的分析来确定某些元素的含量和转移情况；目前对地下水和气体常见的采集方式有两种，一种是通过浅钻钻出一个较大直径的孔，然后将目的层位通过黏土或水泥分隔开，再投入检测仪器采集地下的原位水或者原位气体，这种方法的前期投入较大，而且不便于大面积布置钻孔，优点是不会混样，能实时监测地下流体的动态变化；另一种方法是将毛细探针插入土层一定深度，然后采集原位流体，这种方法的优点是取样效率高效，但是取样深度有限，样品量少不利于分析；故需要一种能够高效且采集数据精确的采样装置，确保地质勘探作业的顺利进行。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种浅层流体采样装置及采样方法，它能够在保证高效采集作业的同时，确保采集的精度。

本发明所述问题是通过以下技术方案解决的：

一种浅层流体采样装置，包括钻进部分、土样采集部分和流体采集部分；

所述土样采集部分和流体采集部分均设置在钻进部分内；

所述钻进部分包括钻杆和钻头；所述钻头的上端内壁与钻杆下端外壁构成螺纹配合；所述钻杆内壁上部设置有第二限位台阶，且第二限位台阶上端的钻杆内壁内径大于第二限位台阶下端钻杆内壁内径；所述钻头内部中空，且钻头下端为锥形；所述钻头内壁设置有第一限位台阶，且第一限位台阶上端的钻头内壁内径大于第一限位台阶下端钻头内壁内径；

所述土样采集部分包括冲击器和土样采集机构；所述冲击器设置在土样采集机构上端，且土样采集机构设置在钻进部分内；

所述流体采集部分包括抽气管道、真空泵、上自封接头、中心管、下自封接头、变径接头、流体内管和单向负压过滤阀；

所述抽气管道的上端接口连接真空泵，且抽气管道下端内壁与上自封接头上端外壁构成螺纹配合连接；所述上自封接头下端内壁与中心管上端外壁构成螺纹配合连接；所述中心管下端内壁与下自封接头上端外壁构成螺纹配合连接；所述下自封接头下端外壁与变径接头上端内壁构成螺纹配合连接；所述变径接头下端外壁与流体内管上端内壁构成螺纹配合连接；所述流体内管的外径小于钻杆下端内壁的内径；所述流体内管的下端面触压在第一限位台阶上；所述单向负压过滤阀的外壁上端与流体内管内壁下端构成螺纹配合连接。

上述浅层流体采样装置，所述土样采集机构包括坐挂器、连接杆和土样内管；

所述冲击器下端外壁与钻杆上端内壁构成螺纹配合连接；所述坐挂器包括空心圆盘和坐挂圆桶；所述坐挂圆桶的内径等于空心圆盘内孔直径，且坐挂圆桶的外径小于空心圆盘外壁圆周直径；所述坐挂圆桶上端垂直连接至空心圆盘下端面的圆孔处；所述空心圆盘的外壁圆周直径等于第二限位台阶上端的钻杆内壁内径，且空心圆盘下端面触压在第二限位台阶上；所述连接杆形状为一上细下粗的圆管；所述连接杆上端外壁与坐挂圆桶下端内壁构成螺纹配合连接；所述土样内管形状为圆筒状，且土样内管的上端内壁与连接杆下端外壁构成螺纹配合连接；所述连接杆的内径等于第一限位台阶下端钻头内壁内径，且土样内管的外径小于钻杆下端内壁的内径；所述土样内管的下端面触压在第一限位台阶上。

上述浅层流体采样装置，增设有密封部分；所述密封部分包括充气接头、密封气囊、充气管和充气件；所述所述密封气囊为一球形中空气囊，且中心管垂直穿过密封气囊的球心；所述密封气囊上设置有充气接头，且充气接头连通密封气囊的内外界；所述充气件通过充气管连接充气接头的进气口。

上述浅层流体采样装置，所述流体内管为透明pc材质的圆管。

一种浅层流体采样方法，采用了权利要求1-4任一项所述的浅层流体采样装置，包括以下步骤：

s1.将土样采集部分安置到钻进部分内，然后启动冲击器，冲击器向下对钻杆施加一定频率的轴向冲击力，使得钻杆下方的钻头向下钻进，钻头钻进路径上的土样进入土样采集机构内，等到钻头到达指定深度后，通过坐挂器将整个土样采集机构吊出钻杆；

s2.将流体采集部分和密封部分组装好后，放入钻进部分内，通过充气件向密封气囊内充气，使得密封气囊膨胀，直至密封气囊将钻杆上端的环空堵住；然后启动真空泵，使得流体内管内部形成真空状态，从而使得流体进入流体内管，待到流体采集完毕后，将流体采集部分和密封部分吊出；然后再将土样采集部分放入钻进部分内，继续向下深挖取样，待到下一层地质的土样采集完毕后，再次放入流体采集部分和密封部分进行流体取样，直至将全部目标地质层的土样和流体样采集完毕后，吊出钻进部分内的采集部分，然后吊出钻进部分。

本发明通过土样采集部分和流体采集部分交替与钻进部分的配合使用，有效地提高了地下土样和流体样的采集工作效率以及精度，确保了地质勘探作业的质量，避免了以往地下流体采集方法所带来的效率低下成本高的问题。

附图说明

图1为本发明土样采集部分结构示意图；

图2为本发明流体采集部分结构示意图。

图中各标号清单为：1.钻进部分，1-1.钻杆，1-2.钻头，1-3.第一限位台阶，1-4.第二限位台阶，2.土样采集部分，2-1.冲击器，2-2.坐挂器，2-3.连接杆，2-4.土样内管，3.流体采集部分，3-1.抽气管道，3-2.真空泵，3-3.上自封接头，3-4.中心管，3-5.下自封接头，3-6.变径接头，3-7.流体内管，3-8.单向负压过滤阀，4.密封部分，4-1.充气接头，4-2.密封气囊，4-3.充气管，4-4.充气件。

具体实施方式

参看图1和图2，本发明包括包括钻进部分1、土样采集部分2和流体采集部分3；钻进部分1用于在地下进行钻孔作业，从而将土样采集部分2和流体采集部分3设置到地底进行采集；

所述土样采集部分2和流体采集部分3均设置在钻进部分1内；

所述钻进部分1包括钻杆1-1和钻头1-2；所述钻头1-2的上端内壁与钻杆1-1下端外壁构成螺纹配合；所述钻杆1-1内壁上部设置有第二限位台阶1-4，且第二限位台阶1-4上端的钻杆1-1内壁内径大于第二限位台阶1-4下端钻杆1-1内壁内径；所述钻头1-2内部中空，且钻头1-2下端为锥形；所述钻头1-2内壁设置有第一限位台阶1-3，且第一限位台阶1-3上端的钻头1-2内壁内径大于第一限位台阶1-3下端钻头1-2内壁内径；锥形的钻头1-2能够更容易钻进地层中。

所述土样采集部分2包括冲击器2-1和土样采集机构；所述冲击器2-1设置在土样采集机构上端，且土样采集机构设置在钻进部分1内；冲击器2-1向下施加一定频率的轴向冲击力，该冲击力通过钻杆1-1传递给钻头1-2，从而使得钻头1-2向地底深处钻进。

所述流体采集部分3包括抽气管道3-1、真空泵3-2、上自封接头3-3、中心管3-4、下自封接头3-5、变径接头3-6、流体内管3-7和单向负压过滤阀3-8；

所述抽气管道3-1的上端接口连接真空泵3-2，且抽气管道3-1下端内壁与上自封接头3-3上端外壁构成螺纹配合连接；所述上自封接头3-3下端内壁与中心管3-4上端外壁构成螺纹配合连接；所述中心管3-4下端内壁与下自封接头3-5上端外壁构成螺纹配合连接；所述下自封接头3-5下端外壁与变径接头3-6上端内壁构成螺纹配合连接；所述变径接头3-6下端外壁与流体内管3-7上端内壁构成螺纹配合连接；所述流体内管3-7的外径小于钻杆1-1下端内壁的内径；所述流体内管3-7的下端面触压在第一限位台阶1-3上；所述单向负压过滤阀3-8的外壁上端与流体内管3-7内壁下端构成螺纹配合连接；通过启动真空泵3-2，使得流体内管3-7内产生负压，将底端的流体吸到流体内管3-7内，从而实现了采集流体样本的目的。

所述土样采集机构包括坐挂器2-2、连接杆2-3和土样内管2-4；

所述冲击器2-1下端外壁与钻杆1-1上端内壁构成螺纹配合连接；所述坐挂器2-2包括空心圆盘和坐挂圆桶；所述坐挂圆桶的内径等于空心圆盘内孔直径，且坐挂圆桶的外径小于空心圆盘外壁圆周直径；所述坐挂圆桶上端垂直连接至空心圆盘下端面的圆孔处；所述空心圆盘的外壁圆周直径等于第二限位台阶1-4上端的钻杆1-1内壁内径，且空心圆盘下端面触压在第二限位台阶1-4上；所述连接杆2-3形状为一上细下粗的圆管；所述连接杆2-3上端外壁与坐挂圆桶下端内壁构成螺纹配合连接；所述土样内管2-4形状为圆筒状，且土样内管2-4的上端内壁与连接杆2-3下端外壁构成螺纹配合连接；所述连接杆2-3的内径等于第一限位台阶1-3下端钻头1-2内壁内径，且土样内管2-4的外径小于钻杆1-1下端内壁的内径；所述土样内管2-4的下端面触压在第一限位台阶1-3上；在土样进入土样内管2-4后，只需要吊起坐挂器2-2就可以将整个土样采集机构吊出地面，大大简便了操作步骤。

为了避免漏气影响流体内管3-7内的负压，增设有密封部分4；所述密封部分4包括充气接头4-1、密封气囊4-2、充气管4-3和充气件4-4；所述所述密封气囊4-2为一球形中空气囊，且中心管3-4垂直穿过密封气囊4-2的球心；所述密封气囊4-2上设置有充气接头4-1，且充气接头4-1连通密封气囊4-2的内外界；所述充气件4-4通过充气管4-3连接充气接头4-1的进气口；当流体采集部分3安置完毕后，启动充气件4-4将密封气囊4-2充气，从而使得密封气囊4-2将钻杆1-1的空腔封堵，大大提高了钻杆的气密性。

所述流体内管3-7为透明pc材质的圆管，透明的流体内管3-7能够帮助工作人员直观地观察其内部的流体情况。

采样装置操作步骤如下：

s1.将土样采集部分2安置到钻进部分1内，然后启动冲击器2-1，冲击器2-1向下对钻杆1-1施加一定频率的轴向冲击力，使得钻杆1-1下方的钻头1-2向下钻进，钻头1-2钻进路径上的土样进入土样采集机构内，等到钻头1-2到达指定深度后，通过坐挂器2-2将整个土样采集机构吊出钻杆1-1；

s2.将流体采集部分3和密封部分4组装好后，放入钻进部分1内，通过充气件4-4向密封气囊4-2内充气，使得密封气囊4-2膨胀，直至密封气囊4-2将钻杆1-1上端的环空堵住；然后启动真空泵3-2，使得流体内管3-7内部形成真空状态，从而使得流体进入流体内管3-7，待到流体采集完毕后，将流体采集部分3和密封部分4吊出；然后再将土样采集部分2放入钻进部分1内，继续向下深挖取样，待到下一层地质的土样采集完毕后，再次放入流体采集部分3和密封部分4进行流体取样，直至将全部目标地质层的土样和流体样采集完毕后，吊出钻进部分1内的采集部分，然后吊出钻进部分1。