近年来,我国资源勘探开发工作向深部拓展,小口径钻探的技术经济性日益凸显,但深部高温硬岩小口径钻探取样技术尚存在诸多技术难点,影响了勘探开发工作的进展。孔底动力钻具在井下由钻井介质直接驱动钻具,有效提升钻进效率,目前国内应用较多的是螺杆钻具,但其耐高温性能差,偏心振动较大,不适宜高温深孔钻探。涡轮钻具采用全金属结构,可耐受高温高压,工作转速高,在俄罗斯和美国等国家普遍应用。国内研究主要集中在中大直径涡轮钻具领域,小直径涡轮钻具及其钻探取心应用技术尚处于起步阶段。本文在综合国内外涡轮钻具研究基础上,结合深孔高温硬岩条件钻探取样工作需求,对小直径涡轮钻具及其钻进取心应用技术进行了研究。首先对涡轮钻具的工作原理和水力特性进行了分析探讨,总结形成并优化了小口径涡轮钻具叶片叶型及系统整机的设计理论和方法。具体通过89mm规格涡轮钻具研制,阐述了涡轮节、轴承节等关键部件的设计,进行了不同叶形的涡轮叶片的建模和模拟分析对比,结合三维检测技术,实现了动态设计。在空间尺寸受限的情况下,完成了小直径涡轮钻具主轴、PDC轴承、叶片等关键部件的结构优化、材料优选和制造工艺研究,保障了钻具的性能和使用寿命,并研制成功国内首套?89mm涡轮钻具。针对涡轮钻具高速高温的测试需要,研制了高速涡轮钻具测试系统,可满足0~4000rpm转速测试要求,对涡轮钻具叶片和整机进行了室内性能测试,结合台架对不同岩石的实钻试验,验证了设计理论与性能指标。在此基础上,对深孔硬岩涡轮钻进取心技术及配套器具进行了深入研究,提出了涡轮钻具配套钻头、取心钻具的设计原则和涡轮钻具钻进取心应用工艺参数。在福建漳州干热1井钻探现场采用?127mm规格涡轮钻具完成了国内首次干热岩涡轮钻进取心钻进现场试验,在?118小直径井眼中完成了?89mm涡轮钻具的现场应用,试验效果显示涡轮钻进可有效提高机械钻速,初步验证了钻具设计参数和应用工艺。本研究为小口径深部高温地层孔底动力钻进技术的应用提供了关键技术支持,具备良好的理论价值和实际指导意义。