我国对深水钻机系统的研究还处于起步阶段，深水钻机研制理论和技术的不成熟成为限制我国油气勘探开发向深海以及超深海发展的主要因素。深水钻机系统布局作为钻机总体设计的一部分，不但对钻机的作业性能和钻井效率有着重要的影响，也是钻机系统进一步详细设计的主要依据。本文结合国家863重大课题“深水钻机与钻柱自动化处理关键技术研究”，开展深水钻机系统布局设计研究，主要包括如下内容：针对深水钻机系统布局特点，提出深水钻机系统总布局原则，分析可变载荷、井架形式、隔水管存储方式、防喷器和采油树处理系统等关键点对布局的影响。基于工艺流程将深水钻机系统划分成若干个功能模块，针对处于不同平台层次的模块，给出了相应的布局算法。对上甲板钻井设备进行简化，将最短材料输送距离和最小质心横偏量作为上甲板钻井设备的布局目标，并给出布局约束条件，建立上甲板钻井设备布局数学模型。详尽的分析了遗传算法与模拟退火算法的基本理论、运算过程和优缺点，针对两种算法的优缺点设计了遗传-模拟退火算法。该算法继承了遗传算法及模拟退火算法的优点，同时又克服了遗传算法容易早熟及模拟退火算法求解效率较低的问题，给出了具体算例证明了算法的有效性。以遗传-模拟退火算法为核心，开发钻井设备布局设计系统，用来指导上甲板钻井设备的布局工作。计算目标钻机系统各功能模块的尺寸和重量，利用钻井设备布局设计系统求解上甲板布局问题，确定上甲板钻井设备布局方案。针对下甲板布局特点，应用体积匹配法对下甲板进行布局设计，分析下甲板关键功能模块位于不用舱室的可能性，给出下甲板功能模块和舱室之间最优的组合方式，完成深水钻机系统的整体布局设计。