在全球能源脱碳背景下，天然氢气作为一种一次能源，因其零碳、可再生的优点而备受关注，但中国目前还未开展专门针对天然氢气的勘探工作。通过介绍全球已知高含量天然氢气（体积分数大于10%）气藏的主要形成地质环境及成因类型，系统总结了天然氢气富集的有利地质条件，并结合国外天然氢气的勘探开发现状，评价了中国天然氢气的勘探前景。研究结果表明：①全球高含量天然氢气主要发育于蛇绿岩带、裂谷和前寒武系富铁地层中，且以无机成因为主，富铁矿物的蛇纹石化过程是天然氢气最主要的成因来源，其次为地球深部脱气和水的辐解。②优质的氢源与良好的运移通道是氢气富集的前提，而盖层的封盖能力是天然氢气能否成藏的关键要素；天然氢气作为伴生气时，传统盖层对其具备封盖能力，但当其含量较高时，传统盖层可能难以形成有效封盖；裂谷环境、蛇绿岩发育区以及断裂发育的前寒武系富铁地层是富氢气藏的勘探有利区。③国外多个国家和地区已制定了天然氢气的勘探开发和利用计划，其中，马里已实现天然氢气的商业开采，美国、澳大利亚也已成功钻探天然氢气勘探井。④中国高含量氢气区与富氢地质条件高度匹配，天然氢气勘探前景良好，郯庐断裂带及周缘裂陷盆地区、阿尔金断裂带及两侧盆地区、三江构造带—龙门山断裂带及周缘盆地区的天然氢气勘探潜力较大；中国应尽快开展天然氢气普查工作，加强氢气成藏过程研究和潜力评价，并进行勘探技术、开采分离技术和储运技术的攻关，为天然氢气的大规模开发利用做好技术储备。

通过搭建热泵测试试验台，进行多工况试验获取试验数据来建立BP神经网络同轴套管换热量预测模型，并进行仿真模拟，对同轴套管换热量进行预测。结果表明：①热泵系统在水流量28 m³/h、回水温度10℃的工况下稳定运行能效最高，同轴套管有效换热量为563kW。②隐含层节点数为12时，BP神经网络预测模型最优，训练最大均方误差MSE为0.023%，最优模型基本结构为9-12-1。③对比同轴套管换热量预测值与检验值仿真结果，BP神经网络同轴套管换热量预测平均百分比误差MAPE为0.235%，预测准确率为99.765%。该预测模型具有较高的精度和可靠性，能够准确预测同轴套管换热量的变化趋势，对于提高热泵系统的能效和性能具有广泛的应用价值。

基于中国地热发展现状、地热资源赋存和分布特点、不同地热开发方式对比，分析了油田地热资源开发利用潜力，并探讨了中国地热产业，尤其是油田地热未来的发展方向。研究结果表明：①中国的地热资源较为丰富，以中低温地热资源为主。浅层地热资源分布全国；中低温地热资源分布于沉积盆地、东南沿海和隆起山区，在不同深度形成了大面积分布的含地热水的热储层，为水热型地热资源；高温地热资源集中分布在西藏南部、四川西部、云南西部和台湾地区。中国浅层地热能资源（浅于200m）年可开采量折合7×10⁸t标准煤。②由于浅层地热能开发利用的环境与效率问题、深井直接换热的效率问题，以及干热岩开发利用的技术瓶颈问题，中深层水热型地热资源将是当今中国地热资源开发利用最主要和最现实的领域。③油田地热开发中形成了地热资源勘查与评价、砂岩地层回灌、废弃井改造为地热井、高温钻完井等一批关键技术，均在大型地热开发项目中得到成功应用。油田拥有丰富的采出水资源，可以直接利用，大量的废弃井或低效油井可以通过工艺改造为地热井进行地热资源开发，从而降低地热开发成本，提高地热项目的经济性。④油田地热除用于油田生产用能替代和清洁供暖外，中低温地热发电、氦气等伴生资源的开发、废弃油气藏储热和CO₂封存等领域的发展潜力巨大，地热综合开发利用是油田地热未来发展的主要方向。