深水防喷器是海洋油气钻井作业中一种极为关键的井控设备,其设计与制造技术难度大、售价高(单台售价高达3亿余元人民币)、工作可靠性要求高,它一旦失效,将会对海洋钻井平台工作人员及海洋环境等造成难以估量的损失。目前仅有美国的三家公司掌握深水防喷器的设计与制造技术,相关技术他们对外严密封锁。随着海洋油气资源开采范围的日益扩大,以及对海洋钻井安全和海洋生态环境保护重视程度的不断提高,深水防喷器技术及理论的研究越来越受到海洋油气开采国的高度重视。在国家863计划的支持下,本文围绕深水防喷器系统可靠性及故障诊断方法开展了系统深入的研究工作,取得了一些具有重要理论和应用价值的创新成果,研究成果已成功应用于河北华北石油荣盛机械制造有限公司研制的3000米深水防喷器,该防喷器荣获第十三届中国国际石油石化技术装备展会唯一“展品创新金奖”。提出建立深水防喷器串并联系统动态贝叶斯网络的方法,建立了深水防喷器组的可靠性评估模型,找出了故障覆盖因子及主要组件的失效率对深水防喷器组可靠性和可用性的影响规律。该方法同时还适用于其它串并联系统。研究建立了深水环形防喷器的随机Petri网模型,揭示了深水环形防喷器失效率和测试率等因素对平均无故障时间的影响规律,给出了提高环形防喷器可靠性的方法。建立了深水防喷器组井口连接器的马尔可夫模型,得到了井口连接器失效率对其稳态可用性和平均无故障时间的影响规律关系。建立了深水防喷器电控系统在3-2-1-0和3-2-0两种不同输入表决方案下的马尔可夫模型,研究了电控模块失效率和维修时间对电控系统可靠性、可用性、稳态可用性和平均无故障时间的影响规律。提出一种基于GO模型建立贝叶斯网络的方法,应用该方法建立了深水防喷器电控系统的贝叶斯网络模型,得到了系统的可靠性特征量。研究建立了深水防喷器整机系统的随机Petri网模型,得到了电控系统、机械系统和整机系统的可靠性及可用性特征量。对组成系统的主要元件的失效率和维修时间进行了敏感性分析,找到了其对系统可靠性的影响规律,发现了影响深水防喷器系统可靠性和可用性的薄弱环节。提出一种基于GO-FLOW模型建立贝叶斯网络新方法,应用该方法建立了深水防喷器系统关闭功能的贝叶斯网络模型,找到了影响深水防喷器系统关闭功能的关键因素。提出一种基于操作流程开发故障诊断贝叶斯网络的方法,应用该方法建立了关闭深水防喷器过程的故障诊断贝叶斯网络模型,实现了关闭过程中故障的实时诊断功能。为了克服故障诊断中存在的信息不足问题和提高故障诊断的精度,提出一种基于总体经验模式分解和贝叶斯网络的故障诊断方法,研究揭示了证据信息对故障诊断结果的影响规律。研究了深水防喷器系统故障的形成机制及特点,建立了深水防喷器系统控制功能的诊断贝叶斯网络模型,解决了故障诊断过程中存在的不确定性和模糊性问题。融合深水防喷器系统的在线监测数据,开发出深水防喷器的故障诊断系统,实现了对深水防喷器系统故障的实时诊断。