本发明涉及一种主动式土壤吸附烃采样钻具，属于油气地球化学勘探领域。
背景技术
吸附丝法是利用吸附剂吸附地层中微量气态烃类，再通过热脱附，使用色谱-质谱对烃类进行检测的方法。对于地标地球化学勘探研究来说，能够获得更多烃类组分信息，对化探异常进行精确描绘，多个地区的实际勘探应用表明其为有效的化探方法之一。
吸附丝法采样主要有被动吸附和主动平衡两大类。被动吸附主要方法为现场埋丝及装罐平衡两种。其所需平衡时间长，且现场埋丝存在施工难度和周期过长，而罐装平衡则存在烃类原位信息变异等缺陷。而主动抽吸平衡拥有平衡时间短，操作简便，稳定性好等优点，为目前比较常用的采样方式，在环境领域国家也颁布了相应的标准《环境空气挥发性有机物的测定吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法》(hj644-2013)。
但是，在土壤吸附烃采样过程中，需要先使用钻具钻孔后，再用吸附管连接气路并用大气采样器伸入钻孔中进行主动抽吸采样，存在以下一些缺陷：操作繁琐，采样工具需要携带多种；由于钻孔后再放入吸附管进行采样，钻孔的密封性无法保证，同时也给钻孔中带入了大气，稳定性差，无法反映原位烃类信息；再者若为潮湿地区，采样工具在没有防水措施的情况下容易使得吸附剂受潮失效。
因此，本发明希望通过设计一体化的采样工具在一定程度上解决上述问题。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术存在的技术问题，提供一种主动式土壤吸附烃采样钻具，可以简化采样装置和采样流程，提高采样自动化程度，同时提升样品采集的稳定性和抗干扰能力。本发明钻具适合野外携带和施工，使用不同的土壤岩性和环境，不同深度采样的土壤吸附烃气体采样方法。
根据本发明，提供了一种主动式土壤吸附烃采样钻具，包括：
钻具主体，其包括：
钻杆，所述钻杆具有中空结构；
与所述钻杆的一端连接的钻头，所述钻头具有中空结构，在其与所述钻杆连接端相对的末端设有集齐孔；
与所述钻杆的另一端连接的把手，所述另一端为与所述钻头相对的一端；
吸附烃采样装置，其包括：
滤芯，所述滤芯位于所述钻头的中空结构内，其与所述集齐孔连接；
防水透气组件，所述防水透气组件位于所述钻头的中空结构内，其与所述滤芯连接；
采样管，所述采样管位于所述钻杆的中空结构内，其一端与所述防水透气组件连接，另一端连接收集装置；
大气采样器，所述大气采样器外置于空气中，其通过管路与收集装置连接；
收集装置，所述收集装置外置于空气中，其通过管路分别与所述吸附烃采样装置的采样管和大气采样器连接。
根据本发明的一些实施方式，所述钻具还包括环境传感器，所述环境传感器外置于空气中，用于记录采样时的各项环境参数。
在一些具体的实施例中，所述环境传感器可包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器，用于记录采样时的温度、湿度和气压参数。应当理解，本发明的环境传感器并不限于此，还可以包括本领域现有技术中已知的其他可测定并记录环境参数的传感器。
根据本发明的一个优选实施例，所述钻杆的外表面上具有深度刻度。
根据本发明的一些实施方式，所述钻杆的外表面具有螺纹。
根据本发明的一个优选实施例，所述钻杆与所述钻头形成活动连接，例如卡扣、螺纹连接等。
根据本发明的一些实施方式，所述钻头为锥形结构。
在一些优选的实施例中，在所述集齐孔的内侧还设有滤网，可初步对样品进行过滤，防止采样滤芯、防水透气组件和采样管的污染。
根据本发明的一个优选实施例，所述钻杆与所述把手形成丁字连接，所述连接处位于沿所述把手长度方向的中间位置。
根据本发明的一些实施方式，所述滤芯为烧结金属滤芯。
根据本发明的一个优选实施例，所述防水透气组件为聚四氟乙烯防水透气组件。
本发明通过设置烧结金属滤芯和聚四氟乙烯防水透气组件，可防止液体杂质进入采样管，造成装置的堵塞和污染，防水防堵效果好。
根据本发明的一些实施方式，所述采样管贯穿所述钻杆内部。
根据本发明的一个优选实施例，在所述采样管与所述收集装置之间的管路上设有吸附烃取样阀门。可通过控制阀门的开关进而控制取样的启动和停止。
根据本发明的一些实施方式，在所述大气采样器与所述收集装置之间的管路上设有大气取样阀门。可通过控制阀门的开关进而控制取样的启动和停止。
根据本发明的一个优选实施例，所述管路为不锈钢管路。
本发明主动式土壤吸附烃采样钻具的工作过程和工作原理如下：
定位所需采样点位，通过把手将钻具钻入所需采样深度，以钻杆上的刻度为准；开启大气采样器，吸附烃样品依次通过钻头上的集气孔、滤网、滤芯和防水透气组件进入位于所述钻杆中的吸附采样管，同时大气采样器对大气进行采样，吸附采样管内得到的吸附烃样品和由大气采样器得到的大气样品通过不锈钢管路进入收集装置，再保存于样品瓶中；与此同时，通过环境传感器记录采样时的温度、湿度、气压等参数。
本发明主动式土壤吸附烃采样钻具将吸附烃采样装置与钻具合二为一，同时能监测采样时的各种参数，集成度和自动化程度高，结构简单，采样流程简便，可大幅度提高采样自动化程度；一次钻入后直接采样，密封性好，提升了样品采集的稳定性和抗干扰能力，保证采样气体的原位性；本发明通过金属滤芯和膨体聚四氟乙烯防水透气组件，在保证气路畅通的前提下，起到了防堵防水的效果。并且本发明钻具适合野外携带和施工，使用不同的土壤岩性和环境，不同深度采样的土壤吸附烃气体采样方法。
附图说明
图1为本发明主动式土壤吸附烃采样钻具的结构示意图；
图2为图1中a部分的截面图；
图3为本发明实施例1中吸附管的热脱附gc/ms检测结果图；
附图标记说明：1、把手；2、钻杆；3、钻头；4、钻头末端；5、螺纹；6、集齐孔；7、滤网；8、滤芯；9、防水透气组件；10、采样管；11、大气采样器；12、吸附烃取样阀门；13、大气取样阀门；14、环境传感器；15、收集装置。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明：
如图1所示，本发明主动式土壤吸附烃采样钻具包括钻具主体、吸附烃采样装置、环境传感器和收集装置；
其中，所述钻具主体包括把手1、钻杆2和钻头3；把手1与钻杆2形成丁字连接，其连接处位于所述把手的中间位置；钻杆2具有中空结构，其外表面具有深度刻度，其与把手相对的一端与所述钻头3形成活动连接，在本实施例中，所述活动连接具体为卡扣连接，钻头3的末端4为锥形结构，其上具有螺纹5；钻头3为空心结构，在钻头3的末端开有集气孔6，集气孔6的内侧设有滤网7；
其中，所述吸附烃采样装置包括滤芯8、防水透气组件9、采样管10和大气采样器11；滤芯8为烧结金属滤芯，其位于中空的钻头内部，其与钻头3上的集齐孔6连接；防水透气组件9为聚四氟乙烯组件，其位于中空的钻头3内部，与滤芯8连接；采样管10位于中空的钻杆2内部，其一端与防水透气组件9连接，另一端连接收集装置15；大气采样器11外置于空气中，其通过管路与收集装置15连接；
其中，环境传感器14可用于记录采样时的温度、湿度和气压参数；
其中，收集装置15外置于空气中，其通过管路分别与吸附烃采样装置的采样管10和大气采样器11连接，在采样管10与收集装置15之间的管路上设有吸附烃取样阀门12，在大气采样器11与收集装置15之间的管路上设有大气取样阀门13。
实施例1
(1)定位至所需采样点位，取出钻具，在钻具可拆解部分中装入已活化后的吸附管8；
(2)将钻杆钻进至所需采样的1.5m深度，以钻杆上所示刻度为准；
(3)开启大气采样器11，同时使用环境传感器14记录采样时的温度、湿度、气压、流量等参数；
(4)典型的气体流量为0.1l/min，采集时间为20min，待气体采样完毕，关闭气体采样泵，同时从针筒取样口取游离气样10ml，注入装满饱和食盐水的样品瓶中；
(5)退出钻具，取出采样完成后的吸附管，密封保存，采样结束；
(6)将吸附管取回实验室后进行热脱附gc/ms分析。
由于该钻具的设计实现了原位防水采样，使得低浓度的c5-c12烃类组分可以在短时间(半小时以内)内吸附富集于吸附管内，通过gc/ms检测出多种目标物质组分(正构烷烃、异构烷烃等)。传统方案需将吸附丝埋入地层中采样，吸附丝容易受潮失效，需要长时间(7-14天)的埋丝平衡后回收才能分析。
在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。