技术领域
[0001] 本
发明属于石油地质中的油气勘探领域，具体涉及一种土壤
物理吸附烃真空解吸密封罐。
背景技术
[0002] 目前应用于地球化学勘探的物理吸附气的脱气技术主要是通过抽真空及辅以加热技术使吸附于固体颗粒表面的气体解吸释放到容器中，一般是在实验室内，事先隔离实验样品所在的容器，用真空
泵抽掉实验装置内的气体，然后再连通盛样品的容器，造成
负压条件从而使吸附气体解吸。
[0003] 油气藏中的轻烃可以以微弱但可检出的量近似垂直地渗漏到地表土壤中，这是油气地球化学勘探的理论
基础。在油气藏上方近地表的土壤中，由于垂向微渗漏烃的加入，结果形成了相对比油气藏外围背景烃浓度要高的烃类异常。利用运移烃在地表留下的异常标志可以预测地下含油气远景。由于活动态烃类(物理吸附烃)是反映现今油气藏是否存在的最直接指标，因此在油气地球化学勘探中得到了广泛的重视和应用。当前对于提取土壤物理吸附烃的方法主要有密封盐
水瓶顶部空间气技术和物理吸附气技术。
[0004] 其中，顶部空间气技术是把样品密封在瓶中，上部留一部分空间，静置或振荡一段时间让样品所吸附的轻烃在对应状态下与顶部空间空气达到吸附和解吸平衡后，取一定量顶部空间气体进行气相色谱分析。此技术的装置如图1所示，其中，1-1为密封
橡胶塞，1-2为饱和盐水，1-3为土壤样品，1-4为玻璃盐水瓶，1-5为土壤平衡出的顶空间气。
[0005] 物理吸附气提取技术是一种包括样品瓶、脱气装置为一体的土壤物理吸附烃提取装置。把所取土壤或岩屑样品称重(或量体积)后置于特制的样品瓶中密封，加入饱和盐水排走空气，通过如图2所示的脱气装置造成内部一定真空度的真空，使样品中的物理作用态轻烃较完全地脱出来，再设法收集所脱气体，取部分用气相色谱仪定性和定量分析其中C1-C7轻烃组分。图2所示的脱气装置中，2-1为盛水杯，2-2为
阀1，2-3为阀2，2-4为
真空泵，2-5为阀3，2-6为真空表，2-7为阀4，2-8为排水口，2-9为蓄水瓶，2-10为脱气瓶，2-11为过滤网，2-12为集气与采气口，2-13为注、
排水管。
[0006] 但是，顶部空间气技术和物理吸附气技术存在以下问题：
[0007] 1，顶部空间气技术只是一种相对量的分析，解吸出的部分物理吸附态轻烃一方面被顶部空间气所稀释；另一方面，在
采样、解吸及分析过程中受环境
温度和压
力影响较大，受岩性影响也较大，而且有时顶部空间中轻烃的含量并不与样品的体积或重量成线性关系，也无法换算成单位体积或单位重量样品中所含的轻烃量。另外颗粒表面的部分烃类气体受范德华力的作用没有完全解吸。
[0008] 2，物理吸附气技术虽然克服了顶部空间气技术的若干缺点，采用了内部造真空的方法，避免了空气的影响，且能较完全地把物理吸附轻烃定量提取出来，从而使对应
位置单位重量(或单位体积)样品物理吸附轻烃的含量较顶部空间中的轻烃含量高，所提取的轻烃组分多。但是该处理装置(如图2所示)在抽掉样品瓶中的饱和盐水到蓄水瓶的过程中，必定带有一部分溶解烃和解吸出来的游离烃，造成样品中烃类含量一定程度的损失。另外，此脱气装置比较烦琐，当样品数较多时，要在短时间内完成分析测试，需要建立多套脱气装置，耗费大量的时间、人力和物力。
[0009] 经过检索国家知识产权局网、维普数据网(期刊)、欧洲
专利库、美国专利库等
数据库，检出以下有关的
现有技术：
[0010] 1，专利号为CN1308678C的专利公开了一种土壤吸附烃低温解吸装置及方法，其缺点在于：(1)高温、负压同时作用，脱气效果好，但同时会有水
蒸汽混入气体中，增加了分析误差；(2)样品多次操作，会导致气体漏失，造成人为误差；(3)设备操作复杂，适用于实验室条件下少量样品的分析实验。
[0011] 2，专利号为CN101051007A的专利公开了一种用于制备或收集
岩石中吸附气态烃的装置，其特点在于：(1)密闭操作，不受空气干扰，但样品仍需二次操作；(2)机械搅拌，加热，酸解脱气，脱气程度高；(3)脱出气体完全收集，有效避免装置残留气体而导致的分析误差；(4)装置操作复杂，仅适用于实验室条件下少量样品的实验；(5)主要适用于酸解脱气。
[0012] 3，专利号为CN201105820Y的专利公开了一种防滑可视密封罐，其特征是：(1)防腐，可以避免玻璃和塑料材质不适宜长期存放
腐蚀性物品的缺点；(2)防滑，罐体采用防滑凸条或凸粒的设计；(3)可视，罐盖上端面采用可视材料制成，可观察罐内物品情况；(4)密封，罐盖与罐体采用
螺纹旋和或压合密封；(5)满足美化和日常生活使用。
[0013] 4，专利号为CN101034050的专利公开了一种
煤层含气量快速解吸仪，主要包括密封罐和搅拌
块两部分。其特征是：(1)密封罐是放置煤芯样品的容器，并且内置搅拌块；(2)搅拌块起到机械搅拌煤芯样品，并使煤芯内吸附气体释放出来；(3)装置简单，罐内气压不能改变且偏高，不利于脱气，因此机械搅拌解吸物理吸附气体的程度较低。
[0014] 5，专利号为JP57165007(A)的专利公开了Method and apparatus fordegassing dissolved gas in liquid，其主要由密封箱和聚乙烯-四氟化物
树脂管组成。其特征在于：(1)密封箱被抽成真空，一条长树脂管被盘卷成竹排状内置在密封箱内；(2)液体由树脂管一端注入，从另外一端排出；(3)在树脂管内外压差的作用下，
流体内溶解的气体可透过树脂管壁渗出，进入密封箱内。主要适用于解吸易燃和低沸点液体内的溶解气体。
[0015] 6，专利号为US2010/0078435A1的专利公开了Seal jar1.核心技术为将一个罐体分隔成多个
密闭空间，可以分别放置不同物品，解决了使用多个罐体占用太多空间的问题。其特征是：(1)密封技术采用
密封圈紧贴罐体内壁的方法；(2)
密封性能一般，适用于对密封性能要求不是很高的日常使用。
[0016] 总之，现有技术中存在多种问题，它们或者解吸程度低或者操作较为复杂，仅适合在实验室条件下的少量样品的脱气实验。
发明内容
[0017] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种土壤物理吸附烃真空解吸密封罐，通过全密封、
活塞真空脱气方式来提取土壤样品中物理吸附烃，该密封罐集样品密封、负压脱气和
正压抽气于一体，且装置小巧、操作简单和方便实用，同时适合批量样品的气体解吸实验。
[0018] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0019] 一种土壤物理吸附烃真空解吸密封罐，所述密封罐包括筒体5、端盖2和活塞移动脱气组件；
[0020] 其中，所述筒体5为两端开口的套筒结构，其一端为进样端，用于放入样品，另一端为工作端，用于固定所述活塞移动脱气组件；
[0021] 所述端盖2可拆卸式安装在筒体5的进样端上，对筒体5的内腔进行密封；装样品时，打开端盖2，在筒体5内装入样品后盖上端盖2。
[0022] 所述活塞移动脱气组件包括端盖
螺母12、活塞6和旋转套16；
[0023] 所述端盖螺母12的一端固定在筒体5的工作端上；另一端套装在所述旋转套16的内孔中；
[0024] 所述活塞6安装在所述筒体5的内腔中，其与筒体5同轴，并在筒体5的内腔中移动；在面向端盖螺母12的活塞6的端面上固定有
活塞杆19，活塞杆19的另一端穿出端盖螺母12成为自由端；
[0025] 在所述活塞杆19的自由端的外表面上装有推力
轴承17，
推力轴承17通过安装在活塞杆19外表面上的轴用挡环18固定住；在靠近活塞6处的活塞杆19的外表面上套装有
垫片9；
[0026] 在垫片9和推力轴承17之间的活塞杆19的外表面上套装有空心
丝杆10；所述空心丝杆10的两端分别顶在垫片9和推力轴承17上，与两者之间为动配合；空心丝杆10带有
外螺纹，与端盖螺母12的
内螺纹相配合；
[0027] 在所述旋转套16的内孔中固定有联接套20；在所述联接套20的内孔圆柱面上固定有与所述空心丝杆10同轴向的键21；所述空心丝杆10的外表面上开有轴向长凹槽，所述键21在轴向长凹槽中滑移，键21起到带动空心丝杆10旋转的作用
[0028] 旋转旋转套16，旋转套16带动联接套20一起旋转，再通过键21带动空心丝杆10旋转，由于空心丝杆10的外螺纹与固定的端盖螺母12内螺纹配合，空心丝杆10同时进行轴向移动，推动推力轴承17和轴用挡环18或垫片9进而带动活塞杆19与空心丝杆10一起做轴向移动，再由活塞杆19带动活塞6进行轴向移动。
[0029] 在所述端盖2的中心开有贯通的抽气孔；在所述抽气孔中从内向外依次装有抽气密封垫3和插针压帽1；
[0030] 在所述插针压帽1的中心开有通孔；
[0031] 所述抽气孔带有一段内螺纹；所述插针压帽1带有外螺纹，插针压帽1的外螺纹与端盖2上抽气孔的内螺纹相配合。旋转插针压帽1即可让插针压帽1进入抽气孔，起到压紧抽气密封垫3的作用，旋转插针压帽1也可以调节控制抽气密封垫3的密封性能。使用时，将色谱进样针通过插针压帽1的中心通孔插入抽气密封垫3，抽气密封垫3用于在色谱进样针插入过程中对进样针进行密封，以防筒体5内气体逸出或筒体5外的空气进入，这样，既可保证密封性，又很方便
抽取筒内气(液)体进行相关实验。
[0032] 端盖2的内表面设计成球面或斜面，在轴中心线处为端盖2最薄的地方的。
[0033] 在与所述筒体5内壁
接触处的端盖2上的凹槽内装有端盖O型圈4，通过O形圈4对筒体5的内腔进行端口密封。在所述活塞6的外圆柱面的凹槽内装有活塞O型圈7，用于活塞6与筒体5内表面之间的密封。
[0034] 活塞杆19的外表面与垫片9、空心丝杆10之间的配合为动配合；
[0035] 所述推力轴承17的第一环形圈与所述空心丝杆10的端面接触，第二环形圈与轴用挡环18的内侧面接触；在两个环形圈之间为滚动
钢球；
[0036] 第一环形圈的内圆与活塞杆19的外表面的配合为动配合，第二环形圈的内圆与活塞杆19的外表面的配合为过渡配合，这样便于推动轴承的装拆；其作用是当空心丝杆10正反旋转时，推力轴承17的第一环形圈和钢球与空心丝杆10一起正反旋转，起到减小磨擦力和承受空心丝杆10在轴向移动过程中所产生的轴向力的作用。轴用挡环18的作用是限制推力轴承17在活塞杆上发生移动；
[0037] 在与所述旋转套16接触处所述端盖螺母12的外圆柱表面上开有同轴的环形凹槽；
[0038] 在所述旋转套16上固定有限位螺钉13，所述限位螺钉13穿出所述旋转套16的内圆柱表面；
[0039] 所述限位螺钉13的无螺纹端套装在限位销套14内，限位螺钉13与所述限位销套14转动配合；限位销套14的外表面与端盖螺母12上的环形凹槽动配合，限位销套14在环形凹槽中滑动。其主要作用起到限制旋转套-16在做正反旋转过程中不脱离端盖螺母-12的圆柱面，也就是说限止旋转套-16只能做正反旋转，而不能直线移动。
[0040] 所述联接套20通过
沉头螺钉15与旋转套16固定连接。
[0041] 所述端盖2通过螺拴销钉22与筒体5连接；所述端盖螺母12通过沉头
螺栓11与筒体5固定连接。
[0042] 在所述筒体5的外表面上标有容积刻度，可以将样品进行量化。
[0043] 所述筒体5由有机玻璃制成，筒体5内可以放置土壤样品和饱和盐水。
[0044] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0045] (1)本发明集样品密封、负压脱气和正压抽气于一体，且装置小巧、方便携带，操作简单和方便实用；
[0046] (2)该密封罐密闭性好，适用于对密闭性要求较高的分析实验使用，且具有定量样品体积、快速负压脱气且脱气效果好，并可反复使用；
[0047] (3)该密封罐的筒体标有容积刻度，在野外装入样品时可以直接定量取样，避免二次操作而导致的样品气体损失，同时也能保证样品量基本一致；
[0048] (4)利用该密封罐，移动活塞即可改变筒体内部空间体积，实现土壤样品快速负压脱气和正压抽气，避免了土壤样品中烃类的人为损失，操作简便，采用一样一罐，可同时处理大批量样品，缩短了样品分析时间和周期，提高了效率；
[0049] (5)本发明适用于土壤、岩石和水介质样品的物理吸附烃的密封真空脱气、正压提取。适用范围包括地表油气地球化学勘探、油气地球化学录井、矿产勘查和环境调查等，应用前景广阔。
附图说明
[0050] 图1是现有技术顶部空间气技术所用装置的示意图。
[0051] 图2是现有技术物理吸附气技术所用装置的示意图。
[0052] 图3是本发明土壤物理吸附烃真空解吸密封罐的结构图。
[0053] 其中，插针压帽1、端盖2、抽气密封垫3、端盖O型圈4、筒体5、活塞6、活塞O型圈7、圆柱销8、垫片9、空心丝杆10、沉头螺栓11、端盖螺母12、限位螺钉13、限位销套14、沉头螺钉15、旋转套16、推力轴承17、轴用挡环18、活塞杆19、联接套20、键21和螺栓销钉22。
具体实施方式
[0054] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0055] 一种土壤物理吸附烃真空解吸密封罐，如图3所示，所述密封罐包括筒体5、端盖2和活塞移动脱气组件；
[0056] 其中，所述筒体5为两端开口的套筒结构，其一端为进样端，用于放入样品，另一端为工作端，用于固定所述活塞移动脱气组件；
[0057] 所述端盖2可拆卸式安装在筒体5的进样端上，对筒体5的内腔进行密封；装样品时，打开端盖2，在筒体5内装入样品后盖上端盖2。
[0058] 所述活塞移动脱气组件包括端盖螺母12、活塞6和旋转套16；所述活塞移动脱气组件是用于改变密封罐的体积从而实现密封罐内气压的升高和降低，达到解吸筒内土壤样品物理吸附气体和正压抽气的目的。
[0059] 所述端盖螺母12的一端固定在筒体5的工作端上；另一端套装在所述旋转套16的内孔中；具体来说，在所述端盖螺母12上开有外台肩，在所述旋转套16上开有内台肩，其套装在所述端盖螺母12的外台肩的外表面上。
[0060] 所述活塞6安装在所述筒体5的内腔中，其与筒体5同轴，并在筒体5的内腔中移动；在面向端盖螺母12的活塞6的端面固定有活塞杆19，活塞杆19可以直接固定连接在活塞端面上，也可以在活塞上设计有凸台，在凸台上开有内孔，活塞杆19插入凸台上的内孔，然后用圆柱销8固定住；活塞杆19的另一端穿出端盖螺母12成为自由端；当活塞杆19做轴向移动时会带动活塞6一起做轴向移动。
[0061] 在所述活塞杆19的自由端的外表面上装有推力轴承17，推力轴承17通过安装在活塞杆19外表面上的轴用挡环18固定住；在活塞杆19表面上开有环形凹槽，轴用挡环18安装在活塞杆19的环形凹槽中；所述推力轴承可以采用平面推力轴等。在靠近活塞6处的活塞杆19的外表面上套装有垫片9；所述空心丝杆10的两端分别顶在垫片9和推力轴承17上，与两者之间为动配合。空心丝杆10向右移动时通过推力轴承17将力传递传给活塞杆19，然后通过活塞杆19和圆柱销8带动活塞6右移；当向左移动时，是通过垫片9将力传递传给活塞6。当空心丝杆10的内孔绕活塞杆19旋转的过程中，垫片9起到保护活塞6有的第二端面不被磨损和防止活塞6随之旋转的作用。
[0062] 在垫片9和推力轴承17之间的活塞杆19的外表面上套装有空心丝杆10；空心丝杆10带有外螺纹，与端盖螺母12的内螺纹相配合；
[0063] 在所述旋转套16的内孔中固定有联接套20；在所述联接套20的内孔圆柱面上固定有与所述空心丝杆10同轴向的键21；所述空心丝杆10的外表面上开有轴向长凹槽，所述键21在轴向长凹槽中滑移，键21起到带动空心丝杆10旋转的作用
[0064] 在所述端盖2的中心开有贯通的抽气孔；在所述抽气孔中从内向外依次装有抽气密封垫3和插针压帽1；
实施例中，为了使脱附出来的气体聚集在容器顶部，利于抽取气样，将端盖2的内表面设计成球面或斜面，在轴中心线处为端盖2最薄的地方的；
[0065] 在所述插针压帽1的中心开有通孔；
[0066] 所述抽气孔带有一段内螺纹；所述插针压帽1带有外螺纹，插针压帽1的外螺纹与端盖2上抽气孔的内螺纹相配合。旋转插针压帽1即可让插针压帽1进入抽气孔，起到压紧抽气密封垫3的作用，旋转插针压帽1也可以调节控制抽气密封垫3的密封性能。使用时，将色谱进样针通过插针压帽1的中心通孔插入抽气密封垫3，抽气密封垫3用于在色谱进样针插入过程中对进样针进行密封，以防筒体5内气体逸出或筒体5外的空气进入，这样，既可保证密封性，又很方便抽取筒内气(液)体进行相关实验。因筒内的混合物质为样品、水、脱附气三种，其中脱附气的
密度最小，工作状态下，当筒体5立放时，抽气孔必须开在筒内最高点即端盖2带斜面(或球面)的轴中心线上，以保证脱附气完全集中于饱和盐水之上。另外，抽气密封垫3可以采用
硅橡胶等材料，进样针是穿破抽气密封垫进入筒体5的，筒体顶部为从土壤中脱附出来的气体，进样针在筒顶部即可抽取到气体。
[0067] 在与所述筒体5内壁接触处的端盖2上的外台肩凹槽内装有端盖O型圈4，通过O形圈4对筒体5的内腔进行端口密封，使筒体内腔与外界隔绝。在所述活塞6的外圆柱面的凹槽内装有活塞O型圈7，用于活塞6与筒体5内表面之间的密封。
[0068] 活塞杆19外表面与垫片9、空心丝杆10的配合为动配合；当空心丝杆10的内孔绕活塞杆19旋转的过程中，垫片9起到保护活塞6的第二端面不被磨损和防止活塞6随之旋转的作用。
[0069] 所述推力轴承17的第一环形圈与所述空心丝杆10的端面接触，第二环形圈与轴用挡环18的内侧面接触；在两个环形圈之间为滚动钢球；
[0070] 第一环形圈的内圆与活塞杆19的外表面的配合为动配合，第二环形圈的内圆与活塞杆19的外表面的配合为过渡配合，这样便于推动轴承的装拆；其作用是当空心丝杆10正反旋转时，推力轴承17的第一环形圈和钢球与空心丝杆10一起正反旋转，起到减小磨擦力和承受空心丝杆10在轴向移动过程中所产生的轴向力的作用。轴用挡环18的作用是限制推力轴承17在活塞杆上发生移动；
[0071] 在与所述旋转套16接触处所述端盖螺母12的外圆柱表面上开有同轴的环形凹槽；
[0072] 在所述旋转套16上固定有限位螺钉13，所述限位螺钉13穿出所述旋转套16的内圆柱表面；
[0073] 所述限位螺钉13的无螺纹端套装在限位销套14内，限位螺钉13与所述限位销套14转动配合；限位销套14的外表面与端盖螺母12上的环形凹槽动配合，限位销套14在环形凹槽中滑动。其主要作用起到限制旋转套16在做正反旋转过程中不脱离端盖螺母12的圆柱面，也就是说限制旋转套16只能做径向正反旋转，而不能做轴向直线移动。
[0074] 所述联接套20通过沉头螺钉15与旋转套16固定连接。
[0075] 所述端盖2通过螺拴销钉22与筒体5连接；所述端盖螺母12通过沉头螺栓11与筒体5固定连接。
[0076] 所述筒体5由有机玻璃制成，筒体5内可以放置土壤样品和饱和盐水。筒体5腔壁的外表面上标有容积刻度，可以将样品进行量化。有机玻璃为透明合成材料，硬度和强度满足密封罐的要求，装样品量可视，材料相对不易吸附烃类气体。饱和盐水在取样之前已经加入，装样后饱和盐水上升至罐顶，排出罐中的空气。饱和盐水的作用一方面是排出罐中的空气，另一方面烃类气体难溶于饱和盐水，避免脱附出来的烃类气体溶解。脱气后，气体集中于罐顶部空间，进样针可以直接在顶部抽到气体，不用穿过土壤层和水层取样。
[0077] 本发明的工作原理是：手动旋转旋转套16，旋转套16通过沉头螺钉15带动联接套20一起旋转，再通过固定在20内表面上的键21带动空心丝杆10旋转，由于空心丝杆10外螺纹与固定的端盖螺母12内螺纹配合，空心丝杆10同时进行轴向移动，推动推力轴承17和轴用挡环18或垫片9进而带动活塞杆19与空心丝杆10一起做轴向移动，再由活塞杆19带动活塞6进行轴向移动(推进或拉出)，从而可以改变端盖2与活塞6之间的样品腔的容积大小，拉出活塞可以增大样品腔的体积，从而使样品腔内的压力为负压，有利于脱气；推进活塞可以减小样品腔的体积，从而使样品腔内的压力逐渐增大，有利于色谱进样针插入取气。
[0078] 使用本发明密封罐的操作步骤如下：
[0079] (1)在使用密封罐前，在室内先卸下端盖2，把活塞6拉至筒体的最低处，装入适量已配置好的饱和盐水，然后盖好端盖2封好筒体5；
[0080] (2)到野外后，卸下端盖2，再把采集的适量(或已称重)土壤样品装进筒体5，让饱和盐水淹没样品，然后把端盖2盖上，并把螺拴销钉22装上并旋紧。由于盖紧后的筒体内饱和盐水的上方(此时密封罐应端盖2朝上立放)是空气，可以先把取气用的注射针从插针压帽1的中心通孔插入并穿过抽气密封垫3，然后旋转旋转套16，推动活塞6慢慢上移一定刻度，可把筒体5内的空气渐渐赶走，直至饱和盐水从注射针口流出止，此时可把注射针拔掉并旋紧插针压帽1，这样野外的样品采集步聚完成。野外往往要采集多个点的土壤样品，均按此步聚进行；
[0081] (3)回到室内后，将所有的密封罐的旋转套16反旋，把活塞6拉至筒体5的最低点止，这样筒内饱和盐水的上方就处于低真空负压状态。在这种状态下，装置静止立放一个小时或一定时间后，就可送测试分析室取气分析；
[0082] (4)取气过程：密封罐处于立放位置，旋转旋转套16，使活塞6慢慢上移，筒体5内饱和盐水的上方空间渐渐缩小至2-3ml时，以恢复正压。将色谱进样针从插针压帽1的中心通孔插入并穿过抽气密封垫3约2-3mm抽气，如手感针筒
柱塞有吸力，说明筒体空间仍负压，则继续推进活塞6上移，直至手感无吸力。抽取的气样则直接进入气相色谱仪或同位素质谱仪进行分析。
[0083] 工作过程中密封罐装入样品后的一直保持端盖2在上的立式位置。
[0084] 下面通过一个对比实验来验证本发明的效果：
[0085] 以某农田的两个钻孔样品为例，将同一个样品分别经过现有技术中的顶部空间技术和本发明的密封罐处理后，所获得烃类含量(μL/L)及组分数据对比结果如表1所示。
[0086]
[0087] 表1
[0088] 从表1中可以看出，使用本发明的密封罐所获得的烃类含量明显较高，而且组分更全。
[0089] 上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或
变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
