MARCO TEÓRICO
RECUPERACION MEJORADA DE PETROLEO CON MICROORGANISMOS
La creciente demanda de petróleo, combustibles les, productos petro petroquím químico icos, s, energ energía ía y la conta contamin minac ación ión ambie ambienta ntall ha gener generado ado la necesidad de crear e implementar nuevas tecnologías amigables con el medio ambiente pero que favorezcan la producción del petróleo ya que debido a la disminución de reservas del mismo, la industria petrolera ha teni tenido do que que veni venirr impl implem emen enta tand ndo o proc proces esos os biot biotec ecno noló lógi gico cos s con con micr microo oorg rgan anis ismo mos s para para la recup ecuper erac ació ión n del del crud crudo o que que qued queda a en los los yacim yacimien iento tos, s, ya que tan tan solo solo cierto cierto porcent porcentaje aje de éste éste ascie asciende nde a la supercie por acción de la presión, del gas y agua presente, pero hay un gran porcentaje porcentaje del crudo que no asciende debido a que después de cierto tiempo la presión disminuye impidiendo que el crudo suba a la supercie, es por eso que se ha implementado la recuperación primaria, secundaria y terciar terciaria ia del petróleo petróleo,, no siendo siendo sucientes sucientes para extraer extraer todo todo el crudo presente presente en las rocas porosas del yacimiento ya que aproximadament aproximadamente e el !" del crudo sigue en las rocas rocas porosas, porosas, gracias a esto la biotecnología biotecnología sea ha visto como una gran alternativa para la recuperación de los pozos petroleros abandonados# La tecnología que emplea microorganismos y sus productos metabólicos para la estimulación de la producción del petróleo en ciertos reservorios es conocida como recuperación asistida por microorganismos, en inglés $microbial enhanced oil recovery% &'()*+# (sta técnica consiste en la inyecció inyección n de microor microorganis ganismos mos seleccion seleccionado ados s dentro dentro del reservo reservorio rio y la post poster erio iorr esti estimu mula laci ción ón y tran transp spor orte te de sus sus prod produc ucto tos s meta metabó bóli lico cos s genera generados dos in situ a n de obtener una reducción del petróleo residual dejado en el reservorio# La recuperación mejorada del petróleo por medios microbianos tiene tres principales ventajas La primera es que los microorganismos favorecen la descomposición descomposición del petróleo petróleo crudo, reduciendo su viscosidad y facilitando así su ascenso a la supercie por su mayor -uidez# )tra ventaja de los micr microo oorg rgan anis ismo mos s es que que grac gracia ias s a que que meta metabo boli liza zan n natu natura ralm lmen ente te producen dióxido de .arbono y biomasa favoreciendo el empuje hacia la supercie# / la 0ltima 0l tima ventaja es el taponamiento taponamiento selectivo, las rocas bajo tierr tierra a son son norm normalm alment ente e porosa porosas s es decir decir con con peque1 peque1os os aguje agujero ros s que permit permiten en al crudo crudo -uir, -uir, es así como como se buscan buscan micro microor organ ganism ismos os que produzcan produzcan exopolisacaridos, exopolisacaridos, estos pueden llegar a ser $a prueba de agua%
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y est3n dirigidos a bloquear los poros para que el crudo no se vaya por ahí sino que no tenga a donde ir sino hacia arriba# (sta técnica ha venido evolucionado poco a poco desde hace m3s de 4! a1os y actualmente est3 recibiendo un renovado interés alrededor del mundo, debido a que resulta una tecnología de bajo costo lo cual la hace particularmente compatible con los precios actuales del petróleo# '()* fue desarrollado como un método alternativo para la extracción secundaria y terciaria de petróleo de los yacimientos, ya que después de las crisis del petróleo en 5672, los métodos de ()* se hicieron menos rentables# 8ncluso a partir de las etapas pioneras de '()* &56!+ los estudios se realizaron en tres grandes 3reas, a saber, la inyección, la disp disper ersi sión ón y prop propag agac ació ión n de micr microo oorrgani ganism smos os en los los depó depósi sito tos s de petróleo petróleo,, la degradació degradación n selectiva selectiva de los componen componentes tes del crudo crudo para mejorar las características de -ujo, y la producción de metabolitos de microorganismos y sus efectos#
2. RESEÑA HISTÓRICA
Los primeros trabajos de recuperación de petróleo por microorganismos fueron realizados por 9ec:mann en 56;4# < pesar de ello, poco fue hecho hasta que =o9ell comenzó una serie de investigaciones sistem3ticas de laboratorio en los a1os >!# Las ideas y resultados presentados en los artí artícu culo los s de =o9e =o9ell ll mar marcar caron el comi comien enzo zo de una una nuev nueva a era era en la investigación de la microbiología del petróleo# ?u trabajo se centró en la factibilidad de separar petróleo de las rocas reservorios mediante el uso de cult cultiv ivos os de bact bacter eria ias s enri enriqu quec ecida idas# s# @e hech hecho, o, el demo demost strró este este concepto concepto inyectand inyectando o bacteria bacterias s sulfoAre sulfoAreducto ductoras ras de tipo anaeró anaeróbicas bicas en una solución nutriente de lactato de sodio con la que saturó muestras de arenisca areniscas s petrolífe petrolíferas ras de thabasca thabasca &viscosidad &viscosidad del crudo del orden orden del millón millón de cpoise cpoises+ s+ en botel botellas las de vidrio vidrio sella selladas das## La multip multiplica licació ción n de bacterias fue acompa1ada con una separación gradual de petróleo del interi interior or de la areni arenisca sca## (n sus trabaj trabajos os,, se enunci enunciar aron on los siguie siguiente ntes s mecanismos de liberación de petróleo
@isolu @isolució ción n de la matri matriz z de la roca en rese reservo rvorio rios s carbon carbonat atico icos# s# La presencia de bacterias sulfo reductoras transforman el sulfato en B;?, el cual cual es ligera ligeramen mente te 3cido 3cido## (ste (ste compue compuesto sto acidul acidulado ado tiende tiende a reducir el pB del medio con lo que la siguiente ecuación se desplaza hacia el lado derecho
>
.a.)2 C B;)
.); C .a&)B+;
?i los carbonatos inorg3nicos son disueltos, entonces el petróleo adsorbido a ellos es liberado#
Deneración in situ de gases# (ste gas extra ayuda a empujar el petróleo fuera del espacio poral# <nidad de las bacterias hacia los sólidos# Las bacterias se depositan sobre la supercie y se pegan a la misma para generar membranas biológicas que encapsulan el petróleo para así ser transportado m3s sencillamente# *educción de la tensión supercial# Las bacterias producen substancias activas para las supercies o agentes mojantes que son parcialmente responsables de la liberación de petróleo de los sólidos#
< comienzos del los a1os !, muchas compa1ías americanas de petróleo se mostraron interesadas en estas tempranas ideas y dedicaron esfuerzo en expandirlas# @esafortunadamente, mucho del trabajo realizado por estas compa1ías permanece bajo el registro de propiedad y sólo es disponible a través de patentes# Las siguientes dos décadas fueron caracterizadas por un impasse en la investigación sobre '()* en los países industrializados occidentales debido al bajo precio del petróleo# (sto les permitió a los países europeos del este convertirse en líderes en esta 3rea# Las investigaciones desarrolladas en este período en .hecoeslovaquia, Bungría, Eolonia, F#*#?#?# y b3sicamente en *umania fueron consideradas invaluables# (stos países realizaron muchos ensayos de campo, basados en la inyección de mezclas de cultivos de bacterias anaeróbicas, lo cual resultó en el desarrollo de la secuencia de inyección, y la identicación de los factores claves que pueden producir resultados negativos en los tratamientos con microorganismos# (n 56>, la primera prueba de campo se llevó a cabo en el campo de Lisbon en
(stados Fnidos, .anad3, Dran 9reta1a, !! proyectos activos# (l mismo informe indica que en 566> nueve proyectos activos existían en *umania, país que no respondió en la encuesta de 5664# La actividad de los experimentos de campo '()* después de 566! se basa en el fundamento de que el éxito de éstas aplicaciones debe llevarse a cabo en las inundaciones de agua, donde una fase continua de agua facilite la aplicación de los procedimientos de estimulación de pozos y el bajo costo de '()* haciéndolo una opción preferible# ! a1os ha sido discutido por Lazar et al# @esde 567! a ;!!!, b3sicamente las investigaciones de la recuperación mejorada de petróleo con microorganismos se han centrado en la ecología microbiana y caracterización de yacimientos de petróleo# La mayoría de los procesos '()* que conducen a pruebas de campo se han completado en las 0ltimas dos décadas y ahora el conocimiento se ha avanzado desde los laboratorios de evaluación de los procesos
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microbianos, para aplicaciones de campo a nivel mundial# EortMood &566+ informó un an3lisis de los datos sobre la base de la información recopilada de 2;; proyectos '()*, encabezó la evaluación de la eciencia técnica y económica de la '()*, que es 0til para el resultado de tratamientos de predicción en cualquier reservorio# (n ;!5!, varios países asignan una tercera parte de sus planes de recuperación de petróleo hacia técnicas '()*#
Boy en día, '()* est3 ganando atención debido a los altos precios del petróleo y el n inminente de este recurso# .omo resultado, desde el ;!5! varios países han estado dispuestos a utilizar est3 biotecnología microbiana en un tercio de sus programas de recuperación de petróleo#
3. RECUPERACION MEJORADA DE PETROLEO (EOR) (l recuperación mejorada de petróleo, abarca una serie de técnicas de recuperación de crudo que involucran la inyección de un -uido, gas o liquido dentro del yacimiento# Boy en día, la inyección de agua es el principal y m3s conocido de los métodos de ()*, y hasta esta fecha es el proceso que m3s ha contribuido al recobro extra de petróleo# o obstante, se considera que, después de una invasión con agua, todavía queda en el yacimiento m3s del !" del petróleo original in situ#
a. RECUPERACIÓN PRIMARIA .omo ya habíamos hablado previamente existen algunos métodos de extracción del petróleo, comenzando con la producción primaria que consiste principalmente en que el petróleo se drena naturalmente hacia los pozos bajo el efecto del gradiente de presión existente entre el fondo de los pozos y el seno del yacimiento#
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(n muchos yacimientos profundos la presión es mayor que la presión hidrost3tica, lo que hace que el petróleo llegue a la supercie con el solo aporte energético del yacimiento# < medida que se expanden los -uidos en el yacimiento, la presión tiende a bajar en forma m3s o menos r3pida seg0n los mecanismos involucrados# (n ciertos casos, puede existir un mecanismo de compensación natural que reduzca notablemente la velocidad de decaimiento de la presión, como la compactación de sedimento &subsidencia+, la migración de un acuífero activo o la lenta expansión de una bolsa de gas#
b. RECUPERACIÓN SECUNDARIA Los métodos de recuperación secundarios consisten en inyectar dentro del yacimiento un -uido menos costoso que el petróleo para mantener un gradiente de presión# (stos -uidos se inyectan por ciertos pozos &inyectores+, y desplazan o arrastran una parte del petróleo hacia los otros pozos &productores+# Basta principios de los a1os 7!, el bajo precio del crudo hacía que los 0nicos -uidos susceptibles de inyectarse económicamente eran el agua, y en ciertos casos el gas natural# (l drenaje por agua permite elevar la recuperación del aceite originalmente en sitio hasta un promedio de ;A 2!", con variaciones desde 5 hasta >!" seg0n los casos#
c. RECUPERACIÓN TERCIARIA O MEJORADA
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@espués de las recuperaciones primaria y secundaria, el yacimiento contiene todavía 4!AI!" &promedio 7;"+ del crudo originalmente en sitio# (sto se debe a que la eciencia de los métodos de recuperación primaria y secundaria est3 limitada por dos factores
< la escala de los poros, el crudo alcanza una saturación residual sucientemente baja para encontrarse en forma de glóbulos discontinuos, atrapados por las fuerzas capilares# < la escala del yacimiento existen ciertas zonas en las cuales el -uido inyectado durante la recuperación secundaria no penetra, por la baja permeabilidad de estas zonas, porque siguen caminos preferenciales, o porque la geometría de implantación de los pozos no es favorable#
(ntre los métodos cuyo propósito es mejorar la eciencia del desplazamiento mediante una reducción de las fuerzas capilares, se pueden citar la utilización de solventes miscibles con el crudo y la obtención de baja tensión interfacial con soluciones de surfactantes o soluciones alcalinas# Eara mejorar la eciencia de barrido se puede reducir la viscosidad del crudo mediante calentamiento, aumentar la viscosidad del agua con polímeros hidrosolubles, o taponar los caminos preferenciales por ejemplo con espumas# Eor consiguiente la tendencia actual es aplicar estas técnicas antes de que se termine el drenaje con agua y a0n desde el principio del drenaje con agua# (stos métodos se dividen en dos grandes clases los métodos térmicos y los métodos de inyección de agua con productos químicos#
Métodos térmicos A 8nyección cíclica o contin0a de vapor A .ombustión in situ
Métodos químicos A 'étodos de baja tensión, miscibles o alcalinos A 8nyección de agua viscosa &polímeros+ A *ecuperación asistida por bacterias &'()*+
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Imagen 1: Proceso EOR por inyección de CO2 y H2O
4. MEOR Microbia! E"#a"c$d Oi! R$co%$r&' La recuperación mejorada de petróleo por microorganismos es una de las técnicas de *ecobro mejorado de petróleo donde las bacterias y sus derivados se utilizan para la movilización del crudo en un depósito o reservorio# (n un principio es un proceso que aumenta la recuperación de petróleo mediante la inoculación de microorganismos en un reservorio, con el objetivo de que las bacterias y sus derivados causen algunos efectos beneciosos como la formación de emulsiones estables crudoA agua, la movilización de crudo residual como resultado de la tensión interfacial, o la desviación de los -uidos de inyección a través de las zonas upsMept del embalse al obstruir las zonas de alta permeabilidad# (l proceso de '()* abarca un amplio espectro de tecnologías, las cuales pueden ser dise1adas para diferentes aplicaciones usando distintas
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metodologías# (stas metodologías pueden ser divididas en los siguientes grupos de aplicaciones •
Estimulación de producción en pozos individuales mediante el uso de microorganismos.
•
Inyección continúa de agua y microorganismos.
•
Bio-barrido de nutrientes usando el sistema de huff-and-puff.
•
Limpieza de pozos con bacterias.
•
Taponamiento selectivo con bacterias.
•
ecuperación de fluidos de fracturación con microorganismos.
Imagen 2: Proceso MEOR.
!. "E#$%I&"'& (EL "E' El proceso MEOR aplica organismos que ya están presentes en el reserorio !yacimiento" o microorganismos que están adaptados al am#iente $ostil% &a inyección de microorganismos se reali'a con el (in de asegurar el crecimiento y la producción de meta#olitos espec)(icos% &a mayor)a de microorganismos ind)genas
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son actiados por inyección de sustratos* mientras que microorganismos e+ógenos son inyectados con sus sustratos o entre las #a#osas de sustratos%
En el proceso de ,(ermentación #acterial, una com#inación de mecanismos es la responsa#le de la estimulación de la producción o el me-oramiento en la recuperación de petróleo% Esta com#inación de mecanismos depende #ásicamente de la aplicación* los cultios y nutrientes seleccionados y las condiciones operacionales%
Los posibles mecanismos de la recuperación de petróleo •
"e)oramiento de la movilidad relatia del petróleo con respecto al agua mediante #iosur(actantes y #iopol)meros%
•
e-presurización parcial del reserorio por la li#eración de gases como el metano y el CO2
•
educción de la viscosidad del petróleo a tra.s de la disolución de solentes orgánicos en la (ase petróleo%
•
Incremento de la permeabilidad de la rocas car#onáticas en reserorios calcáreos de#ido a ácidos orgánicos producidos por #acterias anaeró#icas%
•
Limpieza de la ecindad del po'o mediante los ácidos y gases originados in situ% El gas sire para empu-ar petróleo de poros muertos y remoer (inos que taponan las gargantas porales% El tama/o promedio de las gargantas porales es incrementado y como resultado la presión capilar en la región ecina al po'o se trans(orma en más (aora#le al (lu-o de petróleo%
•
"odificación de las condiciones de mo)abilidad. 0na e' que la #iomasa se ad$iere a la super(icie de la roca* .sta genera mem#ranas #iológicas que li#eran el petróleo adsor#ido so#re la super(icie de la roca%
•
Emulsificación del petróleo% &as #acterias generan emulsiones micelares a tra.s de su ad$esión a los $idrocar#uros%
•
(esulfurización del petróleo. &a inyección de una #acteria tolerante al sul($)drico (ue patentada como una manera de controlar la producción neta de sul($)drico%
•
Taponamiento selectivo de 'onas altamente permea#les mediante la inyección de #acterias ,geli(icantes, seguidas por una solución a'ucarada que ,enciende, la geli(icación por producción e+tra de c.lulas gomosas% &a e(iciencia areal de #arrido es as) me-orada%
5;
•
(egradación y alteración del petróleo% Ciertas #acterias alteran la estructura car#onada del petróleo presente en el reserorio%
Imagen 3: Productos de las baterías MEOR
*. +$#T'E& #L$,E& E% % "E' En las aplicaciones prácticas de MEOR se de#en considerar muc$os (actores claes% Entre ellos están las propiedades petro()sicas del reserorio* la qu)mica y la micro#iolog)a%
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A. PROPIEDADES DE YACIMIENOS. &as propiedades de reserorios que de#en ser cuidadosamente anali'adas en la etapa de dise/o de un proceso de MEOR son consideradas (actores claes y se resumen a continuación% CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE YACIMIENTOS
Mue)tra) .re)erva,a) "a*ua co!*-!ita' a*ua ,e i!yecci!' aceite+ .rove!ie!te) ,e lo) yaci&ie!to) ,e i!ter-)
Cultivo y caracterizaci! "#io$u%&ica' &icro y (i)iolo*ica+ ,e &icroor*a!i&o)
DNA Total
Cua!ti(icaci! ,e &eta#olito) ,e i!ter-)
0rue#a) #ioe)ti&ulaci! in situ e! !1cleo
Ce.a) e2tre&o(ila) IM0
0rue#a) e! !1cleo) ,e veloci,a, ,e creci&ie!to y (or&aci! ,e .el%cula)
Mo,elo) Mate&/tico)
0RUE5AS DE DES06AZAMIENTO EN N7C6EOS 0ar/&etro) ,e )/li,a
0ar/&etro) ,e e!tra,a
Caracter%)tica) ,e !1cleo
0ro,ucci! ,e i!culo)
0re)i! Te&.eratura Sali!i,a, .3 Mo,elo) terico) y e2.eri&e!tale)
Fi)ico$u%&ico) y #iol*ico) 4a)e) Aceite Creci&ie!to Meta#olito)
!actores de !orma &a densidad y porosidad de materiales granulados compactados están generalmente relacionados con la mor(olog)a y la orientación de la part)culas dentro del material% odas las part)culas pueden estar diididas en clases por su
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mor(olog)a% &as part)culas planas se empaquetan en (orma más compacta que las part)culas es(.ricas en un empaquetamiento rom#o.drico ideal* y estas ltimas se empaquetan más densamente que las part)culas irregulares% Cuanto más se ale-a uno de una condición de isotrop)a en el empaquetamiento* más el (actor de orientación tiende a modi(icar propiedades tales como la porosidad* la permea#ilidad y la resistencia de la roca reserorio% Esta anisotrop)a de#e ser especialmente tenida en cuenta en el dise/o de una inyección de agua y #acterias o en la distri#ución de las #acterias dentro del reserorio%
Estructura Poral &a estructura poral de un reserorio tiene una gran in(luencia en el dise/o de un proceso de MEOR% Mientras que en los poros grandes que están conectados con grandes gargantas porales la inyección de #acterias tiene un e(ecto peque/o so#re la porosidad total o el olumen de poros* e+iste un e(ecto su#stancial en los olmenes porales (inos que puede (inalmente llegar a #loquear las gargantas porales al paso de (luidos y reducir de gran manera la permea#ilidad del sistema% Como será discutido luego la permea#ilidad tam#i.n resulta un (actor restrictio en el dise/o de un MEOR%
Permeabilidad &a e(iciencia de las #acterias en penetrar rápidamente en la (ormación puede llegar a resultar una gran enta-a en la aplicación de microorganismos para el me-oramiento de recuperación de petróleo% Por lo tanto* es de suma importancia conducir un análisis detallado de la permea#ilidad del reserorio a (in de asegurar el drena-e a tra.s de las gargantas porales #a-o condiciones prolongadas de (lu-o% 0na reducción en la permea#ilidad indicar)a que la roca reserorio está siriendo de (iltro para las #acterias y los sólidos en suspensión%
". #$%MICA &os productos meta#ólicas que inolucran qu)micos comple-os pueden ser el resultado de una o arias reacciones com#inadas% Estas reacciones o procesos son clasi(icadas como reacciones de modi(icación o degradación por microorganismos% &a #iodegradación !degradación por #acterias" implica completa minerali'ación de qu)micos $asta (ormar compuestos simples a tra.s del meta#olismo de microorganismos% Este es un proceso comple-o que inolucra di(erentes caminos y secuencias de pasos de modi(icación #acterial% &a modi(icación por #acterias* implica que el qu)mico es cam#iado mediante actiidad #iológica* a punto tal que se trans(orma en un qu)mico más simple o en uno más comple-o% 3ctualmente se reconocen un largo nmero de mecanismos que modi(ican las caracter)sticas qu)micas del petróleo en un reserorio% 4e esos muc$os
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mecanismos de alteración* los más importantes desde el punto de ista del MEOR son: • • • •
&a alteración #acterial &aado por agua &a #iodegradación &a emulsi(icación%
Alteración "acterial 4esde un comien'o se $a cre)do que las #acterias eran capaces de atacar al petróleo en el reserorio* pero el primer in(orme #ien documentado que reporta la alteración del petróleo (ue reci.n pu#licado en 1565% 7acterias introducidas en un petróleo con agua meteórica rica en o+)geno* aparentemente usan el o+)geno disuelto para meta#oli'ar pre(erentemente ciertos componentes del petróleo% 7a-o condiciones anaeró#icas* el suplemento de o+)geno para mantener la actiidad #acterial puede estar deriado de los iones de sul(ato disueltos% 3 pesar de ello* el paso de iniciación en la o+idación #iológica de cualquier $idrocar#uro de#e ser una reacción aeró#ica requiriendo o+)geno molecular% 0na e' que el o+)geno $a penetrado en la estructura del $idrocar#uro* posteriores reacciones anaeró#icas pueden modi(icar la mol.cula o+idada%
La&ado por A'ua El laado por agua cam#ia la composición de los petróleos en los reserorios de una manera similar a la #iodegradación* por e-emplo los crudos se trans(orman en más pesados% El laado con agua resulta en la remoción de los $idrocar#uros con mayor solu#ilidad en agua% En general* los $idrocar#uros liianos son más sencillamente disueltos y remoidos de manera selectia mediante un #arrido con agua que los componentes pesados del petróleo%
"iode'radación de Petróleos &a capacidad de los microorganismos para #iodegradar una amplia ariedad de su#stancias aromáticas ali(áticas y aromáticas polic)clicas $a sido largamente estudiada% El cultio de #acteria a emplear es in(luenciado por los resultados de un ensayo de #iodegradación comparatio% En este ensayo la su#stancia a #iodegradar es e+puesta en condiciones de la#oratorio a di(erentes cultios los cuales presentan un di(erente grado de propensión #iológica a degradar la su#stancia% Esta (acilidad $acia la #iodegradación* es un (actor clae en la selección del microorganismo óptimo% &a (acilidad que presentan los microorganismos de #iodegradar di(erentes componentes e+istentes en los crudos ar)a considera#lemente% &as cadenas cortas
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de para(inas son las su#stancias que más (ácilmente son degradadas por los microorganismos%
Cadena s !"#as de $a"a%na
Ca ena s &a"'as de $a"a%n as
Is!$a"a %nas
C(&!$a" a%nas
A"!)*#( !s
He#e"! (&!s
As+a&#e n!s
&a siguiente secuencia ilustra el orden en que las #acterias siguen en sus reacciones meta#ólicas%
4e#ido a que el crecimiento de los microorganismos ocurre en la inter(ase agua8 su#stancia* la degradación #iológica del petróleo en el reserorio es muy pro#a#le que ocurra en la inter(ase agua8petróleo%
Emulsi(icaciones &os microorganismos generan #iosur(actantes y #iopol)meros% Estos productos son conocidos por ser (actores claes en la (ormación de emulsiones micelares o en la reducción de la tensión inter(acial entre las (ases presentes en el reserorio% Estos mecanismos de#er)an ser #ien entendidos por los ingenieros en reserorios de manera de usarlos de una manera enta-osa%
Metales en el Petróleo &os compuestos organometálicos y los metales pesados presentes en los petróleos $an pro#ado tener la caracter)stica de poseer super(icies actias desde el punto de ista qu)mico% Esta propiedad conduce a la (ormación de mem#ranas r)gidas que atraen los componentes polares del petróleo* permitiendo la (ormación de comple-os más esta#les% 3unque esta propiedad es #ene(iciosa desde el punto de ista de producción* los metales pesados generalmente presentan un moderado )ndice de to+icidad en los microorganismos%
C. MICRO"IOLO)%A
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&a micro#iolog)a del petróleo puede ser de(inida como el estudio de la distri#ución de #acterias ind)genas* la (isiolog)a de las #acterias #a-o condiciones de reserorio* la interacción entre las #acterias inyectadas y las ind)genas y el control de la actiidad mico(loral en el reserorio de manera tal que la inyección potencial de un cultio de #acterias y9o la estimulación de la actiidad de las #acterias ind)genas pueda traer resultados positios en la recuperación de petróleo%
Imagen 4: Microorganismos y su acción en el petróleo isponible en: !ttp:""###.gul$energy%int.com"&page'id()*2+
a. "acteria Ind*'ena El conocimiento de la distri#ución de #acterias ind)genas es de ital importancia en el dise/o de un proceso e+itoso de MEOR% Es esencial identi(icar el tipo de #acteria que se utili'ará para as) poder anali'ar la respuesta de la micro(lora cuando se le inyecte el nutriente en condiciones de reserorio% Por otro lado* si se piensa inyectar un cultio potencial de #acterias en el reserorio* este cultio a inyectar de#e ser dominante o (ormar un sistema sim#iótico con la #acteria ind)gena para redundar en resultados (aora#le en cuanto a recuperación de petróleo sin generación de pro#lemas e+tras de producción% 4entro de los crudos es posi#le encontrar la siguiente ariedad de especies de #acterias ind)genas:
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"acteria sul(ato+reductora . 7acteria que se encuentra más comnmente en el petróleo% &a distri#ución y actiidad de esta #acteria ind)gena ar)a con las condiciones del reserorio y con el caudal con que el agua se in(iltra en el reserorio% &as #acterias sul(ato reductoras son conocidas como $eterótro(as anaeró#icas que usan el sul(ato para aceptar los electrones li#erados por la o+idación de los nutrientes% 3lgunos de estos tipos de #acterias son: ,pirillum desul$uricansMicrospira aestauri- ibrio t!ermodesul$uricans y ibrio sp.
"acteria utili,adora de -idrocarburos.
&a composición qu)mica del crudo $a demostrado tener una in(luencia en la generación de #acterias utili'adoras de $idrocar#uros% 3lgunos tipos de #acterias son: /c!romobacter- /lcaligenes- 0la1obacterium- ytop!aga- /cinetobacterPseudomonas- ant!omonas y !ermomicrobium%
"acteria metano'nica. Este tipo de #acteria (orma metano como el producto (inal de su meta#olismo% on estrictamente anaeró#icas* son (ácilmente encontra#les en sedimentos lacustres y marinos% &a #acteria metanog.nica di(iere en arias caracter)sticas #ioqu)micas con las #acterias clásicas Entre estas caracter)sticas se encuentran la ausencia de ácido murámico en las paredes de la c.lula* una di(erente composición de l)pidos y arias coen'imas y (actores nueos% 3lgunos cultios de estas especies son: Met!anococcus ma5ei y M. omelians6ii %
"acillus (ormadores de esporas. &as culturas de 7acillus son sencillamente aisladas de los l)quidos de reserorio% Esto es pro#a#lemente de#ido a la $a#ilidad de las c.lulas del 7acillus a (ormar esporas% Esto permite que la c.lula sea capa' de encontrar su camino dentro del reserorio y tolerar alli dentro las condiciones adersas% 0na especie de este 7acillus tiene la propiedad de generar polisacáridos en concentraciones altas de sal%
Culti&os de Clostridium sp/ olerante a la salinidad y productor de gas% El lostridium tiene las propiedades de ser ácido* solente y productor de gas%
. /'(#T'& "I#'BI$%'& 0 && $/LI#$#I'%E& E% "E'
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Tabla 1. Bioproductos microbianos y sus aplicaciones en el recobro de aceite /roducto "icroorganismo $plicación en el rec aceite Biomasa Biosurfactantes
Biopol2meros Bio 3solventes Bio-acidos
7acilus lic$enti(ormis* &euconostoc mesenteroides* ;ant$omonas campestris 3cineto#er calcoaceticus* 3nt$ro#acter para((ineus* 7acillus sp%* Clostridium sp%* Pseudomonas sp% 7acillus polymy+a* 7rei#acterium iscogenes* &uconostoc mesenteroides* ;ant$omonas campestris* Entero#acter sp% Clostridium aceto#utylicum* Clostridium pasteurianum
Biogases
;!
MPPM* taponamiento reducción de la i degradación de modi(icación de la $um Emulsi(icación* reducci tensión inter(acial* red la iscosidad MPPM modi(icación del inyecta#ilidad* control moilidad* modi(icació iscosidad Emulsi(icación* reducci iscosidad Incremento de la perm emulsi(icación Incremento de la in(lamación del aceite* de la tensión s reducción de la i incremento de la perme
"iomasa microbiana El mecanismo de la #iomasa micro#iana en Meor selectia implica el taponamiento de 'onas de alta permea#ilidad* donde las c.lulas micro#ianas crecen en las gargantas de los poros más grandes restringiendo as) el (lu-o indesea#le de agua a tra.s de ellos% Esto (or'ará el despla'amiento de agua a los poros más peque/os y por lo tanto despla'ar el aceite sin #arrido* aumentando el crudo de recuperación%
"iosur(actantes on mol.culas an(ipáticas con partes tanto $idró(ilas como $idró(o#as* que se producen por ariedad de microorganismos% ienen la capacidad de reducir la tensión super(icial e inter(acial* aumentan la solu#ilidad y moilidad de los compuestos orgánicos $idró(o#os o insolu#les y dispersan los $idrocar#uros%
"iopol*meros Polisacáridos que son secretados por muc$as cepas de #acterias principalmente para protegerlos contra la desecación temporal y la depredación* as) como para ayudar en la ad$esión a super(icies% iren principalmente como medios de taponamiento de 'onas de alta permea#ilidad y por lo tanto modi(ican la permea#ilidad del yacimiento para redirigir la inyección de agua a los canales ricos en petróleo%
"io'ases &as #acterias pueden (ermentar $idratos de car#ono para producir gases tales como dió+ido de car#ono* $idrógeno y metano% Estos gases pueden ser utili'ados para me-orar la recuperación de petróleo mediante la e+plotación de los mecanismos de depósito* re8presuri'ación y la reducción de la iscosidad del aceite pesado% Estos gases pueden contri#uir a la acumulación de presión en los reserorios% am#i.n se pueden disoler en el petróleo crudo ayudando a reducir su iscosidad%
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"io+0cidos 3lgunas #acterias cuando se le suministran ciertos nutrientes pueden producir ácidos tales como ácido láctico* ácido ac.tico y ácido #ut)rico% Estos ácidos pueden ser tiles en los yacimientos car#onatados o (ormaciones de arenisca cementada por car#onatos* ya que puede causar la disolución de la roca de car#onato y por lo tanto me-orar su porosidad y permea#ilidad% Producción de ácidos orgánicos por #acterias es una (ase normal de (ermentación anaeró#ica de a'cares%
"io+Sol&entes 3lgunos disolentes pueden ser producidos como producto de los meta#olitos de los micro#ios% Estos incluyen etanol* acetona y #utanol% am#i.n pueden ayudar en la reducción de la iscosidad del aceite y pueden contri#uir como un co8tensioactio para reducir la tensión inter(acial entre el aceite y el agua%
Imagen 8: omparación antes y despu9s del proceso MEOR
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4. B$#TEI$& 5E &E TILI6$% E% "E' 0 && /'(#T'& +amilia
Tipo de espiración
#lostridium
3naeró#ica
Bacilus
>acultatia
/seudomonas
3ero#ia
ur(actantes y pol)me degradar $idroca
7anthomonas
3ero#ia
Pol)meros
Leuconostoc
>acultatia
Pol)meros
(esulfovibrio
3naeró#ica
=ases y acidos* reductores
$rthrobacter
>acultatia
ur(actantes y alc
#orynebacterium
3ero#ia
Enterobacter
>acultatia abla2: 7ryant y 7urc!$ield- );<;=.
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/roductos =ases* acidos* alc sur(actante 3cidos y sur(act
ur(actante =ases y acid
8. +I&I'L'9:$ (E L$& B$#TEI$& B$;' #'%(I#I'%E& (E 0$#I"IE%T'
&as #acterias de#en estar posi#ilitadas de crecer #a-o las condiciones presentes en las (ormaciones elegidas para me-orar su recuperada de petróleo% Entre estas condiciones se encuentran:
Potencial Redo1.
El potencial de reducción y o+idación de las (ormaciones en su#suelo es #a-o de#ido a la ausencia de o+)geno% Este tipo de organismos se comporta #ien #a-o este tipo de condiciones* de#ido a que es capa' de o#tener su energ)a meta#ólica a partir de reacciones en la que moleculas orgánicas son o+idadas a nieles superiores sin la participación de o+)geno molecular%
p<.
El rango óptimo de pH en el cual las #acterias son capaces de crecer se encuentra en un estrec$o margen alrededor de pH ?% El rango de pH presente en los petróleo en condiciones de reserorio aria entre un alor de @ y 1A aunque (recuentemente se encuentra cercano a ?% &os e+tremos de este rango de pH presentan condiciones e+tremas de su#sistencia para la mayor)a de los microorganismos%
Salinidad.
&a salinidad del agua de (ormación en donde los microorganismos son introducidos puede generar el pro#lema de in$i#ir el e+itoso crecimiento de las #acterias% Con e+cepción a las #acterias $alo()licas* que son tolerantes a las altas concentraciones de sal* las #acteria son generalmente capaces de crecer sólo en concentraciones #a-as de sal% Es conocido que las #acterias sul(o8reductoras crecen y aumentan la producción de sul($)drico sólo cuando el agua que contiene una alta salinidad es diluida con agua (resca% 3demás del e(ecto aderso en el crecimiento #acterial* la alta salinidad genera una alta interacción el.ctrica entre la super(icie de la roca reserorio y las #acterias aumentando la ad$esión entre ellas y limitando el transporte #acterial a tra.s del reserorio% Para altas salinidades $ay tra#a-os recientes que sugieren el empleo de especies de 7acillus (ormadores de esporas* anaeró#icas y productoras de gas capaces de crecer en soluciones de ?B de aCl%
emperatura.
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&a temperatura de (ormación limita la pro(undiad a la cual el MEOR puede ser utili'ado con microorganismos meso()licos comunes% 3unque es conocido que las #acterias so#reien $asta temperaturas de 5ADC a 1AADC* el l)mite superior de temperatura que asegura un óptimo crecimiento no de#er)a e+ceder los DC% e $a sugerido que las t.cnicas de MEOR podr)an utili'ar mayores temperaturas si se seleccionan #acterias termo()licas con las caracter)sticas meta#ólicas deseadas%
Presión . &os e(ectos de la presión en las c.lulas #acterianas es un importante (actor cuando las presiones de tra#a-o alcan'an los arios cientos de atmos(eras% >recuentemente* la alta presión cam#ia la mor(olog)a de las c.lulas% El e(ecto de presión $idrostática so#re di(erentes especies de #acterias ar)a enormemente* pero algunas de ellas se $an adaptado e+itosamente a am#ientes de alta presión% En general la alta presión tiene menor in(luencia en la actiidad meta#ólica celular que el e(ecto de temperatura%
Nutrientes .
&as caracter)sticas que de#en tener los nutrientes seleccionados son simplemente que los organismos sean capaces de crecer e+itosamente en #ase al nutriente* que el producto meta#ólico ayude a contri#uir en la migración del petróleo y que el nutriente en s) sea #arato% El resultante crecimiento de las #acterias y la producción de productos meta#ólicos* produce un e(ecto de li#eración de petróleo que no podr)a $a#er sido recuperado mediante otros productos%
Matri, de la Roca .
El propósito de la inyección de #acterias dentro del reserorio que contiene petróleo* está dise/ado para permitir el que las c.lulas penetren en el interior de la (ormación y as) produ'can productos meta#ólicos que en contacto con el petróleo permitan su (lu-o de manera que .ste pueda ser recuperado% &a producción de productos meta#ólicos dentro del reserorio es más e(ectio en t.rminos de li#eración de petróleo que si la (ormación (uese simplemente #arrida con qu)micos #om#eados a tra.s de la roca desde los po'os inyectores% &a penetración de #acterias (ue estudiada y se encontró que el caudal y la e+tensión de la penetración no presenta#a correlación con la porosidad o permea#ilidad% &os ensayos de la#oratorio en rocas entre 2AA y FAA md% mostraron que la penetración no era (unción del tama/o de las #acterias sino dependiente de la concentración% &a carga el.ctrica en la super(icie de la roca es tam#i.n considerada un (actor clae para o#tener altas penetraciones%
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Imagen 6: Inundación micro#iana 4isponi#le en: $ttp:99GGG%netl%doe%go9tec$nologies9oil8 gas9pu#lications9eordraGings979#Gm(%pd(
1=. I%TE$##I'%E& E%TE L$ B$#TEI$ I%0E#T$($ 0 L$ B$#TEI$ I%(:9E%$ &a interacción entre las #acterias inyectadas y las ind)genas* es seguramente muy di(icultoso de ealuar aunque de#e ser reali'ado de alguna manera si se piensa inyectar alguna especie de #acteria en el reserorio% En el dise/o de un proceso e+itoso de MEOR* el cultio de #acterias inyectado de#e ser el dominante o la micro(lora en el reserorio de#e (ormar un ecosistema sim#iótico con las #acterias inyectadas para as) generar un am#iente (aora#le para la recuperación de petróleo% 3 pesar de esto* poco tra#a-o de este tipo se $a $ec$o% En este caso* se de#e considerar que posi#lemente e+istirá competencia entre la #acteria inyectada y la ind)gena% al e' una inyección periódica de la #acteria deseada sea necesaria para poder o#tener algn logro% 0n en(oque noedoso para controlar especies indesea#les de #acterias a tra.s de #acterias patógenas $a sido propuesto y testeado en la#oratorio% &a #acteria patógena in(ecta selectiamente a ciertas #acterias* se multiplica en el interior de esas c.lulas y (inalmente las mata% 3 pesar de que an no e+isten ensayos de campo* es altamente pro#a#le que su e(ectiidad sea superior al de los #iácidos conencionales%
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11. #ITEI' (E &ELE##I>% (E 0$#I"IE%T'& Para poder seleccionar potenciales yacimientos para la aplicación de MEOR* arias consideraciones de#er)an ser tenidas en consideración% &a >igura es un simple esquema que puede ser empleado como $erramienta #ásica de selección de candidatos%
E+tra)do de: Me-oramiento de la producción de petróleo mediante el uso de aplicaciones #iotecnológicas% Ra(ael H Co#e/as* I%%7%3 y tanley &% Hogg* alde' Ro-as y Hogg %
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