2026年地源热泵打井工实操考核试题及答案

2026年地源热泵打井工实操考核试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.地源热泵系统打井前，必须首先完成的工作是：A.安装地埋管B.地质勘探与热物性测试C.回填膨润土D.连接分集水器【答案】B【解析】地质勘探与热物性测试是地源热泵系统设计的基础，决定了井深、井距、井数等关键参数，必须在打井前完成。2.在砂层地质中，为防止塌孔，优先选用的钻井液类型为：A.清水B.空气C.聚合物泥浆D.柴油【答案】C【解析】聚合物泥浆具有良好的护壁性和携渣能力，能有效防止砂层塌孔，是目前砂层钻井的首选。3.双U型地埋管下管时，为保证换热效率，最合理的管间距控制值为：A.20mmB.50mmC.100mmD.200mm【答案】B【解析】双U管间距50mm可在有限孔径内最大化换热面积，同时避免管间热短路，经验与模拟均验证该值最优。4.垂直地埋管回填时，下列材料中导热系数最高的是：A.原浆B.膨润土+石英砂（4:6）C.纯膨润土浆D.水泥砂浆【答案】B【解析】膨润土+石英砂（4:6）配比导热系数可达2.0W/(m·K)以上，远高于纯膨润土，且具备良好泵送性。5.钻井过程中发现返浆突然减少、泵压升高，最可能的原因是：A.钻杆断裂B.钻头磨损C.塌孔或埋钻D.钻井液密度过低【答案】C【解析】返浆减少伴随泵压升高，典型表征为孔内出现塌孔或钻屑堆积，需立即提钻扫孔。6.地源热泵系统试压时，PE100管SDR11规格的设计压力为1.6MPa，则水压试验压力应为：A.1.0MPaB.1.2MPaC.1.6MPaD.2.0MPa【答案】D【解析】依据GB50242-2026规定，塑料管试验压力为设计压力的1.5倍且≥0.9MPa，1.6×1.5=2.4MPa，但PE管上限2.0MPa，故取2.0MPa。7.采用潜孔锤钻进时，最佳空压机排气量与孔径关系经验公式为：A.Q=15×DB.Q=30×DC.Q=45×DD.Q=60×D【答案】B【解析】Q为排气量(m³/min)，D为孔径(cm)，经验系数30可保证足够上返风速≥25m/s，携渣干净。8.地埋管系统冬季运行最低进水温度一般不低于：A.-5℃B.0℃C.3℃D.5℃【答案】C【解析】为防止主机蒸发器结霜及管内水结冰，最低进水温度控制在3℃以上，留足安全余量。9.下列关于井群布置的描述，正确的是：A.井距越小越好，可节省土地B.井距越大越好，可减少热干扰C.井距应≥4m，且负荷中心优先布置D.井距与井深无关【答案】C【解析】井距过小导致热短路，过大增加管网长度，4m为多年工程验证的经济安全值，并应靠近机房布置减少输配能耗。10.回填“浮管”现象的主要原因是：A.回填速度过快B.钻井液密度大C.地埋管未加配重D.孔底沉渣少【答案】C【解析】PE管密度0.95g/cm³，小于泥浆，若未加5kg/m铅块或沙袋配重，灌浆时会上浮，造成U弯暴露，换热失效。二、判断题（每题1分，共10分）11.地质勘探孔可作为地埋管生产井直接使用。【答案】错【解析】勘探孔孔径小、轨迹偏斜大，且未进行完整地质编录，不宜直接利用，需重新成孔。12.潜孔锤钻进必须保证孔内水位高于地下水位，防止涌砂。【答案】错【解析】潜孔锤为干式作业，靠高压空气排渣，孔内无需注水，水位高低不影响。13.地埋管连接采用热熔承插时，加热板温度应控制在210±10℃。【答案】对【解析】PE100材料熔融温度约200℃，210℃可保证充分熔融且不降解，为规范推荐值。14.冬季施工，灌浆料可添加2%氯化钙加速凝固，但需控制氯离子总量。【答案】对【解析】氯化钙可提高早期强度，但氯离子对金属构件有腐蚀，总量应≤0.1%水泥质量，PE管不受限。15.井口保护套管伸出地面高度仅需100mm即可。【答案】错【解析】规范要求≥300mm，防止地面雨水倒灌及机械碰撞。16.地埋管系统试压稳压1h压降≤0.05MPa即为合格。【答案】对【解析】GB50242-2026规定，1h压降≤0.05MPa且无渗漏为合格，可进入下一工序。17.钻孔垂直度偏差≤1.5%即为优质孔。【答案】对【解析】地源热泵井属浅层地热，孔斜1.5%以内可保证下管顺利及换热均匀，优于水井标准。18.采用同沟敷设水平管时，可不做保温。【答案】错【解析】水平管若穿越建筑基础或靠近室外空气，需做50mm厚橡塑保温，防结露及热损。19.回填灌浆压力≥1MPa可确保密实。【答案】错【解析】过高压力会劈裂地层，推荐0.3-0.5MPa，靠二次补浆即可密实。20.地埋管系统竣工图必须包含每口井的GPS坐标及井深。【答案】对【解析】竣工图是运行维护依据，GPS坐标误差≤0.5m，井深误差≤0.2m，便于后期故障井定位。三、填空题（每空2分，共20分）21.地源热泵井常用钻头直径为________mm，对应双U管外径32mm的最小孔径为________mm。【答案】150；130【解析】钻头150mm成孔后孔径约150mm，考虑2×32×2+50=178mm，实际最小130mm即可，但留足余量150mm为常规。22.聚合物泥浆的常用配比为：水1000kg+膨润土________kg+纯碱________kg+聚合物________kg。【答案】60；3；0.5【解析】该配比密度1.05g/cm³，漏斗粘度40s，携渣率>95%，为现场常用。23.热熔对接的冷却时间公式为t=________×壁厚(mm)，单位秒。【答案】10【解析】PE100管壁厚10mm需冷却100s，保证焊口达到80%强度后方可移动。24.采用地埋管换热器时，夏季每延米换热量取________W/m，冬季取________W/m，岩土综合导热系数2.2W/(m·K)条件下。【答案】55；45【解析】经验值，夏季工况温差大，换热量高；冬季温差小，且需防冻，取低值。25.井群水力平衡要求最不利环路比摩阻与最有利环路差值≤________%，否则需加________阀调节。【答案】10；静态平衡【解析】超差会导致流量分配不均，静态平衡阀可精确设定阻力，保证换热均匀。四、简答题（每题10分，共30分）26.简述砂卵砾石层中潜孔锤钻进的操作要点。【答案】（1）选用高风压空压机，排气压力≥2.4MPa，风量≥30m³/min，保证上返风速≥35m/s，克服大粒径钻渣沉降。（2）采用偏心跟管钻具，Ø168mm套管跟进，每钻1m即跟管1m，防止卵砾石塌落埋钻。（3）钻进参数：转速20-30r/min，给进压力1.5-2.0kN，风压1.8-2.0MPa，遇漂石时回拉冲击，分段破碎。（4）每3m提钻一次，检查钻头磨损，合金柱齿磨损量>3mm需更换，防止钻孔缩径。（5）终孔后采用高压注浆塞分段洗孔，风量≥25m³/min，时间≥15min，直至返风含砂量<1%。（6）套管拔出前，先投入0.5-1cm豆石0.2m³，边拔边投，形成石墙护壁，保证后续下管顺利。27.叙述地埋管系统“气阻”产生机理及排除方法。【答案】机理：（1）系统注水时未采用真空脱气，水中溶解氧在循环泵高速剪切下析出，形成微气泡；（2）水平集管高点未设自动排气阀，气泡聚集形成“气囊”，造成该支路流量骤降；（3）系统补水箱液位过低，泵吸入空气，产生气蚀，气泡进入管路。排除方法：（1）注水前采用真空脱气机，将系统绝对压力抽至-0.08MPa，持续30min，水中含氧量降至2mg/L以下；（2）在水平管每路最高点安装微泡排气阀，口径DN20，排气能力2m³/h，耐温120℃；（3）运行阶段开启分集水器旁通，启动大功率循环泵，流量调至设计值150%，持续冲洗2h，将气泡带入脱气罐；（4）若局部仍气阻，采用高压手动泵（2MPa）从回水端反向冲击，单点冲击3次，每次5s，可破坏气囊表面张力，使气泡上浮排出；（5）最后再次真空脱气，直至压力表指针24h无波动，系统流量偏差<5%，视为气阻排除完成。28.说明地源热泵井竣工后热响应测试步骤及数据处理方法。【答案】步骤：（1）测试前48h停止所有钻井作业，保证岩土温度恢复至原始地温；（2）安装便携式测试仪，含电加热器、循环泵、流量计、Pt100温度传感器（精度±0.05℃）、功率计；（3）设定加热功率50W/m，连续加热48h，流量保持0.2m³/h，记录每1min的进出水温度、功率、流量；（4）停热后，记录恢复温度24h，采样频率1min；（5）同步采集大气温度、太阳辐射，用于修正环境热损。数据处理：（1）采用线源模型计算岩土综合导热系数λ，公式：λ=q/(4πk)，其中k为温升速率对数斜率，通过ln(t)-ΔT线性回归，相关系数R²≥0.98；（2）计算钻孔热阻Rb，公式：Rb=(Tin-Tout)/q(1/2λ)ln(4αt/rb²)-γ，其中α为热扩散系数，rb为孔半径，γ为欧拉常数0.5772；（3）利用短时阶跃变功率法，提取有效导热系数λeff与体积比热容ρc，采用非线性最小二乘法拟合，误差<3%；（4）最终输出报告含：λ、Rb、ρc、地温梯度、每延米换热量，为后续设计校核提供依据。五、计算题（每题15分，共30分）29.某项目设计冷热负荷分别为450kW、380kW，拟采用双U型地埋管，井深120m，岩土综合导热系数2.1W/(m·K)，夏季每延米换热量55W/m，冬季45W/m，机组COP夏季5.5，冬季4.0，需计算：（1）夏季最大排热量；（2）冬季最大取热量；（3）按冬季工况确定井数；（4）若井间距4m，估算井群占地面积。【答案】（1）夏季排热量Qh=450×(1+1/5.5)=450×1.182=531.9kW（2）冬季取热量Qc=380×(1-1/4.0)=380×0.75=285kW（3）冬季控制，单井取热量=120m×45W/m=5400W=5.4kW井数n=285/5.4=52.8，取53口（4）井群按7×8布置，长边7口，宽边8口，长=6×4+2=26m，宽=7×4+2=30m，面积=26×30=780m²30.某井深150m，孔径150mm，采用双UDe32×3.0mmPE100管，管内水流速0.6m/s，水的运动粘度1.31×10⁻⁶m²/s，密度1000kg/m³，求：（1）雷诺数Re；（2）沿程阻力系数λ；（3）单井循环压降；（4）若系统共60口井，最不利环路水平管长200m，De63×5.8mm，局部阻力占沿程30%，总流量72m³/h，估算系统循环泵扬程。【答案】（1）水力直径di=32-2×3=26mm=0.026mRe=v·di/ν=0.6×0.026/1.31×10⁻⁶=11908，紊流区（2）采用Blasius公式λ=0.3164/Re^0.25=0.3164/11908^0.25=0.0308（3）单井管长150×4=600m（双U四根）hf=λ·(L/d)·(v²/2g)=0.0308×(600/0.026)×(0.6²/2/9.81)=39.2m（4）水平总管流速v=72/3600/(π/4×0.049²)=1.06m/sRe=1.06×0.049/1.31×10⁻⁶=39618，λ=0.3164/39618^0.25=0.0226hf=0.0226×(200/0.049)×(1.06²/2/9.81)=5.3m局部阻力=0.3×5.3=1.6m最不利环路：垂直39.2m+水平5.3m+局部1.6m=46.1m，取10%余量，扬程H=1.1×46.1≈51m六、实操题（共50分）31.现场模拟：在提供的150mm砂层钻孔中完成双U型管下管、回填、试压全过程，限时90min。评分细则如下：（1）安全文明施工（10分）：正确佩戴安全帽、防尘口罩、防砸鞋，设置围挡，每缺一项扣2分；（2）下管前检查（5分）：测量管长、外观无划痕、封头完好、配重绑扎间距1.5m，漏检一项扣1分；（3）热熔焊口（10分）：铣削平整、错边量<壁厚10%，热熔温度210℃，冷却时间≥10×壁厚秒，目测翻边对称，出现虚焊、过焊各扣5分；（4）下管速度（5分）：控制在0.5m/s以内，严禁溜管，超速一次扣2分；（5）回填灌浆（10分）：采用膨润土+石英砂(4:6)浆液，密度1.8g/cm³，灌浆压力0.4MPa，二次补浆至满管，未二次补浆扣5分；（6）试压（10分）：缓慢升压至2.0MPa，稳压1h压降≤0.05MPa，无渗漏，未排气升压或压降超标各扣5分；（7）记录与工完场清（5分）：填写原始记录表，签字完整，工完场清，缺失记录或场地脏乱扣5分。【答案】实操结果以现场裁判记录为准，凡得分≥42分判定为优秀，≥35分合格，<35分需补考。32.故障诊断：给定一套运行3年的地源热泵系统，现场发现主机高压报警、冷却侧温差由5℃降至2℃，冷却泵电流下降15%，分集水器压力表抖动，请口述排查流程并给出解决方案。【答案】流程：（1）观察冷却泵出