Насколько prepare и execute обеспечивают безопасность sql-запроса от инъекции?
Вообще, вопрос звучит довольно странно. "Можно ли применять автомобиль для езды?" "Годятся ли деньги для оплаты товаров?", "Безопасны ли подготовленные выражения с точки зрения защиты от инъекций?".
Собственно, если это их основное предназначение - то наверное, не обеспечивай они защиту, то были бы бесполезны чуть более, чем полностью?
Смысл подготовленных выражений в том, чтобы решить 3 задачи при формировании динамического запроса:
1. чтобы вставляемый в запрос литерал был отформатирован корректно
2. Чтобы форматирование было обязательным
3. Чтобы оно производилось как можно ближе к фактическому исполнению запроса.
Благодаря этим трем пунктам обеспечивается гарантированная защита даже с учетом человеческого фактора.
Так что да - если  ЛЮБАЯ переменная попадает в запрос только через плейсхолдер - этот запрос безопасен. Другое дело, что в реальной жизни так не выходит, и переменные в запрос добавлять приходится. Как поступать в таких случаях, я описал в специальной статье
Ну и напоследок стоит упомянуть о том, что режимов работы у ПДО два: "настоящие" подготовленные выражения и эмуляция. В первом случае запрос исполняется в два этапа - сначала отправляется на серевер БД запрос с плейсхолдерами (знаками вопроса), а потом, следующим пакетом - данные для него. Этот режим также удобен если нам надо выполнить много однотипных запросов, позволяя сэкономить пару наносекунд. По умолчанию же ПДО только эмулирует этот режим, отправляя запрос в одну ходку, подставляя значения прямо в запрос. Но поскольку он форматирует их корректно, то никакой опасности опять же нету
Ну и под конец можно упомянуть редчайший случай, раздуваемый истеричками типа Шифлетта или Феррары - если вы китаец, и используете кодировку GBK (или одну из пары других, столько же часто используемых), то надо не забыть выставить кодировку соединения именно в DSN и только в DSN. Потому что если использовать по привычке SET NAMES, то в режиме эмуляции инъекция будет возможна. То есть, ситуация, когда инъекция через ? плейсхолдер возможна - она существует. Но для этого должны совпасть три фактора:
- вы должны быть китайцем и использовать кодировку GBK
- кодировка должна быть задана не в DSN
- режим эмуляции должен быть включён
При подготовленных выражениях спасают от уязвимостей первого и второго порядка. Это в случае если sql не формируется динамически, а таком случае только первого. 
По простому, защищает от всех возможных sql инъекций, ddos, и прочих нагрузочных запросов. 
У нас на больших проектах(php) очистка проходит именно так, пока проблем с безопасностью не было.