MARCO TERICO

RECUPERACION MEJORADA DE PETROLEO CON MICROORGANISMOS

La creciente demanda de petrleo, combustibles, productos petroqumicos, energa y la contaminacin ambiental ha generado la necesidad de crear e implementar nuevas tecnologas amigables con el medio ambiente pero que favorezcan la produccin del petrleo ya que debido a la disminucin de reservas del mismo, la industria petrolera ha tenido que venir implementando procesos biotecnolgicos con microorganismos para la recuperacin del crudo que queda en los yacimientos, ya que tan solo cierto porcentaje de ste asciende a la superficie por accin de la presin, del gas y agua presente, pero hay un gran porcentaje del crudo que no asciende debido a que despus de cierto tiempo la presin disminuye impidiendo que el crudo suba a la superficie, es por eso que se ha implementado la recuperacin primaria, secundaria y terciaria del petrleo, no siendo suficientes para extraer todo el crudo presente en las rocas porosas del yacimiento ya que aproximadamente el 50% del crudo sigue en las rocas porosas, gracias a esto la biotecnologa sea ha visto como una gran alternativa para la recuperacin de los pozos petroleros abandonados. La tecnologa que emplea microorganismos y sus productos metablicos para la estimulacin de la produccin del petrleo en ciertos reservorios es conocida como recuperacin asistida por microorganismos, en ingls microbial enhanced oil recovery (MEOR). Esta tcnica consiste en la inyeccin de microorganismos seleccionados dentro del reservorio y la posterior estimulacin y transporte de sus productos metablicos generados in situ a fin de obtener una reduccin del petrleo residual dejado en el reservorio. La recuperacin mejorada del petrleo por medios microbianos tiene tres principales ventajas: La primera es que los microorganismos favorecen la descomposicin del petrleo crudo, reduciendo su viscosidad y facilitando as su ascenso a la superficie por su mayor fluidez. Otra ventaja de los microorganismos es que gracias a que metabolizan naturalmente producen dixido de Carbono y biomasa favoreciendo el empuje hacia la superficie. Y la ltima ventaja es el taponamiento selectivo, las rocas bajo tierra son normalmente porosas es decir con pequeos agujeros que permiten al crudo fluir, es as como se buscan microorganismos que produzcan exopolisacaridos, estos pueden llegar a ser a prueba de agua y estn dirigidos a bloquear los poros para que el crudo no se vaya por ah sino que no tenga a donde ir sino hacia arriba.Esta tcnica ha venido evolucionado poco a poco desde hace ms de 60 aos y actualmente est recibiendo un renovado inters alrededor del mundo, debido a que resulta una tecnologa de bajo costo lo cual la hace particularmente compatible con los precios actuales del petrleo.

MEOR fue desarrollado como un mtodo alternativo para la extraccin secundaria y terciaria de petrleo de los yacimientos, ya que despus de las crisis del petrleo en 1973, los mtodos de EOR se hicieron menos rentables. Incluso a partir de las etapas pioneras de MEOR (1950) los estudios se realizaron en tres grandes reas, a saber, la inyeccin, la dispersin y propagacin de microorganismos en los depsitos de petrleo, la degradacin selectiva de los componentes del crudo para mejorar las caractersticas de flujo, y la produccin de metabolitos de microorganismos y sus efectos.

2. RESEA HISTRICA

Los primeros trabajos de recuperacin de petrleo por microorganismos fueron realizados por Beckmann en 1926. A pesar de ello, poco fue hecho hasta que ZoBell comenz una serie de investigaciones sistemticas de laboratorio en los aos 40. Las ideas y resultados presentados en los artculos de ZoBell marcaron el comienzo de una nueva era en la investigacin de la microbiologa del petrleo. Su trabajo se centr en la factibilidad de separar petrleo de las rocas reservorios mediante el uso de cultivos de bacterias enriquecidas. De hecho, el demostr este concepto inyectando bacterias sulfo-reductoras de tipo anaerbicas en una solucin nutriente de lactato de sodio con la que satur muestras de areniscas petrolferas de thabasca (viscosidad del crudo del orden del milln de cpoises) en botellas de vidrio selladas. La multiplicacin de bacterias fue acompaada con una separacin gradual de petrleo del interior de la arenisca. En sus trabajos, se enunciaron los siguientes mecanismos de liberacin de petrleo:

Disolucin de la matriz de la roca en reservorios carbonaticos. La presencia de bacterias sulfo reductoras transforman el sulfato en H2S, el cual es ligeramente cido. Este compuesto acidulado tiende a reducir el pH del medio con lo que la siguiente ecuacin se desplaza hacia el lado derecho:

CaCO3 + H2O CO2 + Ca(OH)2

Si los carbonatos inorgnicos son disueltos, entonces el petrleo adsorbido a ellos es liberado.

Generacin in situ de gases. Este gas extra ayuda a empujar el petrleo fuera del espacio poral. Afinidad de las bacterias hacia los slidos. Las bacterias se depositan sobre la superficie y se pegan a la misma para generar membranas biolgicas que encapsulan el petrleo para as ser transportado ms sencillamente. Reduccin de la tensin superficial. Las bacterias producen substancias activas para las superficies o agentes mojantes que son parcialmente responsables de la liberacin de petrleo de los slidos.

A comienzos del los aos 50, muchas compaas americanas de petrleo se mostraron interesadas en estas tempranas ideas y dedicaron esfuerzo en expandirlas. Desafortunadamente, mucho del trabajo realizado por estas compaas permanece bajo el registro de propiedad y slo es disponible a travs de patentes. Las siguientes dos dcadas fueron caracterizadas por un impasse en la investigacin sobre MEOR en los pases industrializados occidentales debido al bajo precio del petrleo. Esto les permiti a los pases europeos del este convertirse en lderes en esta rea. Las investigaciones desarrolladas en este perodo en Checoeslovaquia, Hungra, Polonia, U.R.S.S. y bsicamente en Rumania fueron consideradas invaluables. Estos pases realizaron muchos ensayos de campo, basados en la inyeccin de mezclas de cultivos de bacterias anaerbicas, lo cual result en el desarrollo de la secuencia de inyeccin, y la identificacin de los factores claves que pueden producir resultados negativos en los tratamientos con microorganismos.

En 1954, la primera prueba de campo se llev a cabo en el campo de Lisbon en Arkansas, EE.UU. La primera patente fue concedida a Updegraff y colegas en 1957, relativa a la produccin in situ de los agentes de recuperacin del petrleo tales como gases, cidos, disolventes y biosurfactantes de la degradacin microbiana de melaza. Durante ese tiempo, Kuznetsov descubierto la produccin de gas a partir de aceite microbiano. En 1958, el selectivo de conectar con la biomasa microbiana producida fue propuesto por Heinningen y sus colegas.

En los aos 70 el embargo de crudo renov el inters en cualquier tecnologa de recuperacin asistida de petrleo por parte de los pases occidentales, dando un nuevo aire a la investigacin de esta tecnologa. Estados Unidos, Canad, Gran Bretaa, Australia, Alemania e Israel se encuentran entre los pases que demostraron mayor inters al respecto por ese tiempo. Para el final de los aos 70, exista suficiente informacin de laboratorio y campo sobre mecanismos, estrategias y performances de varios enfoques de MEOR. La estimulacin de pozos individuales, el mejoramiento de la performance en la inyeccin de agua y el taponamiento selectivo haban sido demostrados como aplicaciones factibles de campo.

A principios de los aos 90 el departamento de energa de los Estados Unidos (DOE) redujo los fondos destinados a la investigacin de esta rea, subvencionando trabajos que involucraran slo pruebas en campo. Esto produjo una desaceleracin en la investigacin y publicacin en este campo. Un informe de 1996 publicado por el Oil&Gas Journal indica que a pesar de que en ese ao slo se haba recibido respuesta de que dos yacimientos (uno en China y otro en Estados Unidos) se encuentran aplicando procesos de MEOR, la universidad de Canberra menciona que esta tecnologa est siendo empleada por varios operadores en el Mar de Norte. Adems, una compaa que provee productos biolgicos dentro de los Estados Unidos reporta que en los ltimos 9 aos ms de 2000 pozos recibieron tratamientos con bacterias, actualmente esta compaa tiene 400 proyectos activos. El mismo informe indica que en 1994 nueve proyectos activos existan en Rumania, pas que no respondi en la encuesta de 1996.

La actividad de los experimentos de campo MEOR despus de 1990 se basa en el fundamento de que el xito de stas aplicaciones debe llevarse a cabo en las inundaciones de agua, donde una fase continua de agua facilite la aplicacin de los procedimientos de estimulacin de pozos y el bajo costo de MEOR hacindolo una opcin preferible. Al mismo tiempo, las aplicaciones microbianas especficas tales como remocin microbiana de parafina, la eliminacin microbiana en daos en la piel, agriando el control microbiano y la obstruccin, y aquellos basados en el uso de ultra microbacterias son posibles tecnologas para el adicional crecimiento de Meor. La experiencia mundial en ensayos de campo de MEOR durante los ltimos 40 aos ha sido discutido por Lazar et al.

Desde 1970 a 2000, bsicamente las investigaciones de la recuperacin mejorada de petrleo con microorganismos se han centrado en la ecologa microbiana y caracterizacin de yacimientos de petrleo.

La mayora de los procesos MEOR que conducen a pruebas de campo se han completado en las ltimas dos dcadas y ahora el conocimiento se ha avanzado desde los laboratorios de evaluacin de los procesos microbianos, para aplicaciones de campo a nivel mundial. Portwood (1995) inform un anlisis de los datos sobre la base de la informacin recopilada de 322 proyectos MEOR, encabez la evaluacin de la eficiencia tcnica y econmica de la MEOR, que es til para el resultado de tratamientos de prediccin en cualquier reservorio.

En 2010, varios pases asignan una tercera parte de sus planes de recuperacin de petrleo hacia tcnicas MEOR. Aunque se ha observado constantemente los efectos positivos de MEOR para la recuperacin de pozos, se ha visto que este proceso requiere de ciertas variables que necesitan ser optimizadas antes de que se convierta en un mtodo prctico para aplicaciones comunes de campo. Estas variables incluyen una mejor descripcin de los embalses, un mejor conocimiento de las caractersticas bioqumicas y fisiolgicas de las comunidades microbianas, un mejor manejo de los mecanismos de control y sin ambigedades una estimacin de la economa del proceso.

Hoy en da, MEOR est ganando atencin debido a los altos precios del petrleo y el fin inminente de este recurso. Como resultado, desde el 2010 varios pases han estado dispuestos a utilizar est biotecnologa microbiana en un tercio de sus programas de recuperacin de petrleo.

3. RECUPERACION MEJORADA DE PETROLEO (EOR)

El recuperacin mejorada de petrleo, abarca una serie de tcnicas de recuperacin de crudo que involucran la inyeccin de un fluido, gas o liquido dentro del yacimiento. Hoy en da, la inyeccin de agua es el principal y ms conocido de los mtodos de EOR, y hasta esta fecha es el proceso que ms ha contribuido al recobro extra de petrleo. No obstante, se considera que, despus de una invasin con agua, todava queda en el yacimiento ms del 50% del petrleo original in situ.

a. RECUPERACIN PRIMARIA

Como ya habamos hablado previamente existen algunos mtodos de extraccin del petrleo, comenzando con la produccin primaria que consiste principalmente en que el petrleo se drena naturalmente hacia los pozos bajo el efecto del gradiente de presin existente entre el fondo de los pozos y el seno del yacimiento.

En muchos yacimientos profundos la presin es mayor que la presin hidrosttica, lo que hace que el petrleo llegue a la superficie con el solo aporte energtico del yacimiento. A medida que se expanden los fluidos en el yacimiento, la presin tiende a bajar en forma ms o menos rpida segn los mecanismos involucrados. En ciertos casos, puede existir un mecanismo de compensacin natural que reduzca notablemente la velocidad de decaimiento de la presin, como la compactacin de sedimento (subsidencia), la migracin de un acufero activo o la lenta expansin de una bolsa de gas. Ahora bien cuando el pozo no es eruptivo o cuando la presin se ha reducido, se necesita un aporte externo de energa para disminuir la presin en fondo de pozo. O bien se bombea el crudo desde el fondo del pozo, o bien se utiliza el mtodo del levantamiento con gas; este consiste en inyectar gas en fondo de pozo de tal forma que el fluido producido sea una mezcla de gas y petrleo de densidad suficientemente baja para llegar a la superficie bajo el efecto de la presin del yacimiento. En resumen el perodo de recuperacin primaria tiene una duracin variable, pero siempre se lleva a cabo, ya que permite recoger numerosas informaciones sobre el comportamiento del yacimiento, las cuales son de primera importancia para la planificacin de la explotacin ulterior. La recuperacin primaria se termina cuando la presin del yacimiento ha bajado demasiado, o cuando se estn produciendo cantidades demasiado importantes de otros fluidos (gas, agua). El porcentaje de recuperacin primaria del crudo originalmente en sitio es en promedio del orden de 10-15%.b. RECUPERACIN SECUNDARIA

Los mtodos de recuperacin secundarios consisten en inyectar dentro del yacimiento un fluido menos costoso que el petrleo para mantener un gradiente de presin. Estos fluidos se inyectan por ciertos pozos (inyectores), y desplazan o arrastran una parte del petrleo hacia los otros pozos (productores).Hasta principios de los aos 70, el bajo precio del crudo haca que los nicos fluidos susceptibles de inyectarse econmicamente eran el agua, y en ciertos casos el gas natural. El drenaje por agua permite elevar la recuperacin del aceite originalmente en sitio hasta un promedio de 25-30%, con variaciones desde 15 hasta 40% segn los casos.

c. RECUPERACIN TERCIARIA O MEJORADA

Despus de las recuperaciones primaria y secundaria, el yacimiento contiene todava 60-80% (promedio 72%) del crudo originalmente en sitio. Esto se debe a que la eficiencia de los mtodos de recuperacin primaria y secundaria est limitada por dos factores: A la escala de los poros, el crudo alcanza una saturacin residual suficientemente baja para encontrarse en forma de glbulos discontinuos, atrapados por las fuerzas capilares. A la escala del yacimiento existen ciertas zonas en las cuales el fluido inyectado durante la recuperacin secundaria no penetra, por la baja permeabilidad de estas zonas, porque siguen caminos preferenciales, o porque la geometra de implantacin de los pozos no es favorable.Entre los mtodos cuyo propsito es mejorar la eficiencia del desplazamiento mediante una reduccin de las fuerzas capilares, se pueden citar la utilizacin de solventes miscibles con el crudo y la obtencin de baja tensin interfacial con soluciones de surfactantes o soluciones alcalinas. Para mejorar la eficiencia de barrido se puede reducir la viscosidad del crudo mediante calentamiento, aumentar la viscosidad del agua con polmeros hidrosolubles, o taponar los caminos preferenciales por ejemplo con espumas.Por consiguiente la tendencia actual es aplicar estas tcnicas antes de que se termine el drenaje con agua y an desde el principio del drenaje con agua. Estos mtodos se dividen en dos grandes clases: los mtodos trmicos y los mtodos de inyeccin de agua con productos qumicos.Mtodos trmicos- Inyeccin cclica o contina de vapor - Combustin in situMtodos qumicos- Mtodos de baja tensin, miscibles o alcalinos- Inyeccin de agua viscosa (polmeros)- Recuperacin asistida por bacterias (MEOR)

Imagen 1: Proceso EOR por inyeccin de CO2 y H2O

4. MEORMicrobial Enhanced Oil Recovery

La recuperacin mejorada de petrleo por microorganismos es una de las tcnicas de Recobro mejorado de petrleo donde las bacterias y sus derivados se utilizan para la movilizacin del crudo en un depsito o reservorio. En un principio es un proceso que aumenta la recuperacin de petrleo mediante la inoculacin de microorganismos en un reservorio, con el objetivo de que las bacterias y sus derivados causen algunos efectos beneficiosos como la formacin de emulsiones estables crudo-agua, la movilizacin de crudo residual como resultado de la tensin interfacial, o la desviacin de los fluidos de inyeccin a travs de las zonas upswept del embalse al obstruir las zonas de alta permeabilidad.El proceso de MEOR abarca un amplio espectro de tecnologas, las cuales pueden ser diseadas para diferentes aplicaciones usando distintas metodologas. Estas metodologas pueden ser divididas en los siguientes grupos de aplicaciones: Estimulacin de produccin en pozos individuales mediante el uso de microorganismos.

Inyeccin contina de agua y microorganismos.

Bio-barrido de nutrientes usando el sistema de huff-and-puff.

Limpieza de pozos con bacterias.

Taponamiento selectivo con bacterias.

Recuperacin de fluidos de fracturacin con microorganismos.

Imagen 2: Proceso MEOR.

5. MECANISMOS DEL MEOR

El proceso MEOR aplica organismos que ya estn presentes en el reservorio (yacimiento) o microorganismos que estn adaptados al ambiente hostil. La inyeccin de microorganismos se realiza con el fin de asegurar el crecimiento y la produccin de metabolitos especficos. La mayora de microorganismos indgenas son activados por inyeccin de sustratos, mientras que microorganismos exgenos son inyectados con sus sustratos o entre las babosas de sustratos.

En el proceso de "fermentacin bacterial" una combinacin de mecanismos es la responsable de la estimulacin de la produccin o el mejoramiento en la recuperacin de petrleo. Esta combinacin de mecanismos depende bsicamente de la aplicacin, los cultivos y nutrientes seleccionados y las condiciones operacionales.

Los posibles mecanismos de la recuperacin de petrleo

Mejoramiento de la movilidad relativa del petrleo con respecto al agua mediante biosurfactantes y biopolmeros.

Re-presurizacin parcial del reservorio por la liberacin de gases como el metano y el CO2

Reduccin de la viscosidad del petrleo a travs de la disolucin de solventes orgnicos en la fase petrleo.

Incremento de la permeabilidad de la rocas carbonticas en reservorios calcreos debido a cidos orgnicos producidos por bacterias anaerbicas.

Limpieza de la vecindad del pozo mediante los cidos y gases originados in situ. El gas sirve para empujar petrleo de poros muertos y remover finos que taponan las gargantas porales. El tamao promedio de las gargantas porales es incrementado y como resultado la presin capilar en la regin vecina al pozo se transforma en ms favorable al flujo de petrleo.

Modificacin de las condiciones de mojabilidad. Una vez que la biomasa se adhiere a la superficie de la roca, sta genera membranas biolgicas que liberan el petrleo adsorbido sobre la superficie de la roca.

Emulsificacin del petrleo. Las bacterias generan emulsiones micelares a travs de su adhesin a los hidrocarburos.

Desulfurizacin del petrleo. La inyeccin de una bacteria tolerante al sulfhdrico fue patentada como una manera de controlar la produccin neta de sulfhdrico.

Taponamiento selectivo de zonas altamente permeables mediante la inyeccin de bacterias "gelificantes" seguidas por una solucin azucarada que "enciende" la gelificacin por produccin extra de clulas gomosas. La eficiencia areal de barrido es as mejorada.

Degradacin y alteracin del petrleo. Ciertas bacterias alteran la estructura carbonada del petrleo presente en el reservorio.

Imagen 3: Productos de las bateras MEOR

6. FACTORES CLAVES EN UN MEOR

En las aplicaciones prcticas de MEOR se deben considerar muchos factores claves. Entre ellos estn las propiedades petrofsicas del reservorio, la qumica y la microbiologa.

A. PROPIEDADES DE YACIMIENTOS.

Las propiedades de reservorios que deben ser cuidadosamente analizadas en la etapa de diseo de un proceso de MEOR son consideradas factores claves y se resumen a continuacin.

Factores de Forma

La densidad y porosidad de materiales granulados compactados estn generalmente relacionados con la morfologa y la orientacin de la partculas dentro del material. Todas las partculas pueden estar divididas en clases por su morfologa. Las partculas planas se empaquetan en forma ms compacta que las partculas esfricas en un empaquetamiento rombodrico ideal, y estas ltimas se empaquetan ms densamente que las partculas irregulares. Cuanto ms se aleja uno de una condicin de isotropa en el empaquetamiento, ms el factor de orientacin tiende a modificar propiedades tales como la porosidad, la permeabilidad y la resistencia de la roca reservorio. Esta anisotropa debe ser especialmente tenida en cuenta en el diseo de una inyeccin de agua y bacterias o en la distribucin de las bacterias dentro del reservorio.

Estructura Poral

La estructura poral de un reservorio tiene una gran influencia en el diseo de un proceso de MEOR. Mientras que en los poros grandes que estn conectados con grandes gargantas porales la inyeccin de bacterias tiene un efecto pequeo sobre la porosidad total o el volumen de poros, existe un efecto substancial en los volmenes porales finos que puede finalmente llegar a bloquear las gargantas porales al paso de fluidos y reducir de gran manera la permeabilidad del sistema. Como ser discutido luego la permeabilidad tambin resulta un factor restrictivo en el diseo de un MEOR.

Permeabilidad

La eficiencia de las bacterias en penetrar rpidamente en la formacin puede llegar a resultar una gran ventaja en la aplicacin de microorganismos para el mejoramiento de recuperacin de petrleo. Por lo tanto, es de suma importancia conducir un anlisis detallado de la permeabilidad del reservorio a fin de asegurar el drenaje a travs de las gargantas porales bajo condiciones prolongadas de flujo. Una reduccin en la permeabilidad indicara que la roca reservorio est sirviendo de filtro para las bacterias y los slidos en suspensin.

B. QUMICA

Los productos metablicas que involucran qumicos complejos pueden ser el resultado de una o varias reacciones combinadas. Estas reacciones o procesos son clasificadas como reacciones de modificacin o degradacin por microorganismos. La biodegradacin (degradacin por bacterias) implica completa mineralizacin de qumicos hasta formar compuestos simples a travs del metabolismo de microorganismos. Este es un proceso complejo que involucra diferentes caminos y secuencias de pasos de modificacin bacterial. La modificacin por bacterias, implica que el qumico es cambiado mediante actividad biolgica, a punto tal que se transforma en un qumico ms simple o en uno ms complejo.

Actualmente se reconocen un largo nmero de mecanismos que modifican las caractersticas qumicas del petrleo en un reservorio. De esos muchos mecanismos de alteracin, los ms importantes desde el punto de vista del MEOR son:

La alteracin bacterial Lavado por agua La biodegradacin La emulsificacin.

Alteracin Bacterial

Desde un comienzo se ha credo que las bacterias eran capaces de atacar al petrleo en el reservorio, pero el primer informe bien documentado que reporta la alteracin del petrleo fue recin publicado en 1969. Bacterias introducidas en un petrleo con agua meterica rica en oxgeno, aparentemente usan el oxgeno disuelto para metabolizar preferentemente ciertos componentes del petrleo. Bajo condiciones anaerbicas, el suplemento de oxgeno para mantener la actividad bacterial puede estar derivado de los iones de sulfato disueltos. A pesar de ello, el paso de iniciacin en la oxidacin biolgica de cualquier hidrocarburo debe ser una reaccin aerbica requiriendo oxgeno molecular. Una vez que el oxgeno ha penetrado en la estructura del hidrocarburo, posteriores reacciones anaerbicas pueden modificar la molcula oxidada.

Lavado por Agua

El lavado por agua cambia la composicin de los petrleos en los reservorios de una manera similar a la biodegradacin, por ejemplo los crudos se transforman en ms pesados. El lavado con agua resulta en la remocin de los hidrocarburos con mayor solubilidad en agua. En general, los hidrocarburos livianos son ms sencillamente disueltos y removidos de manera selectiva mediante un barrido con agua que los componentes pesados del petrleo.

Biodegradacin de Petrleos

La capacidad de los microorganismos para biodegradar una amplia variedad de substancias aromticas alifticas y aromticas policclicas ha sido largamente estudiada. El cultivo de bacteria a emplear es influenciado por los resultados de un ensayo de biodegradacin comparativo. En este ensayo la substancia a biodegradar es expuesta en condiciones de laboratorio a diferentes cultivos los cuales presentan un diferente grado de propensin biolgica a degradar la substancia. Esta facilidad hacia la biodegradacin, es un factor clave en la seleccin del microorganismo ptimo.

La facilidad que presentan los microorganismos de biodegradar diferentes componentes existentes en los crudos vara considerablemente. Las cadenas cortas de parafinas son las substancias que ms fcilmente son degradadas por los microorganismos.

La siguiente secuencia ilustra el orden en que las bacterias siguen en sus reacciones metablicas.

Debido a que el crecimiento de los microorganismos ocurre en la interfase agua-substancia, la degradacin biolgica del petrleo en el reservorio es muy probable que ocurra en la interfase agua-petrleo.

Emulsificaciones

Los microorganismos generan biosurfactantes y biopolmeros. Estos productos son conocidos por ser factores claves en la formacin de emulsiones micelares o en la reduccin de la tensin interfacial entre las fases presentes en el reservorio. Estos mecanismos deberan ser bien entendidos por los ingenieros en reservorios de manera de usarlos de una manera ventajosa.

Metales en el Petrleo

Los compuestos organometlicos y los metales pesados presentes en los petrleos han probado tener la caracterstica de poseer superficies activas desde el punto de vista qumico. Esta propiedad conduce a la formacin de membranas rgidas que atraen los componentes polares del petrleo, permitiendo la formacin de complejos ms estables. Aunque esta propiedad es beneficiosa desde el punto de vista de produccin, los metales pesados generalmente presentan un moderado ndice de toxicidad en los microorganismos.

C. MICROBIOLOGA

La microbiologa del petrleo puede ser definida como el estudio de la distribucin de bacterias indgenas, la fisiologa de las bacterias bajo condiciones de reservorio, la interaccin entre las bacterias inyectadas y las indgenas y el control de la actividad micofloral en el reservorio de manera tal que la inyeccin potencial de un cultivo de bacterias y/o la estimulacin de la actividad de las bacterias indgenas pueda traer resultados positivos en la recuperacin de petrleo.

Imagen 4: Microorganismos y su accin en el petrleo Disponible en: http://www.gulfenergy-int.com/?page_id=1027

a. Bacteria Indgena

El conocimiento de la distribucin de bacterias indgenas es de vital importancia en el diseo de un proceso exitoso de MEOR. Es esencial identificar el tipo de bacteria que se utilizar para as poder analizar la respuesta de la microflora cuando se le inyecte el nutriente en condiciones de reservorio. Por otro lado, si se piensa inyectar un cultivo potencial de bacterias en el reservorio, este cultivo a inyectar debe ser dominante o formar un sistema simbitico con la bacteria indgena para redundar en resultados favorable en cuanto a recuperacin de petrleo sin generacin de problemas extras de produccin.

Dentro de los crudos es posible encontrar la siguiente variedad de especies de bacterias indgenas:

Bacteria sulfato-reductora.

Bacteria que se encuentra ms comnmente en el petrleo. La distribucin y actividad de esta bacteria indgena vara con las condiciones del reservorio y con el caudal con que el agua se infiltra en el reservorio.

Las bacterias sulfato reductoras son conocidas como hetertrofas anaerbicas que usan el sulfato para aceptar los electrones liberados por la oxidacin de los nutrientes. Algunos de estos tipos de bacterias son: Spirillum desulfuricans, Microspira aestauri, Vibrio thermodesulfuricans y Vibrio sp.

Bacteria utilizadora de hidrocarburos.

La composicin qumica del crudo ha demostrado tener una influencia en la generacin de bacterias utilizadoras de hidrocarburos. Algunos tipos de bacterias son: Achromobacter, Alcaligenes, Flavobacterium, Cytophaga, Acinetobacter, Pseudomonas, Xanthomonas y Thermomicrobium.

Bacteria metanognica.

Este tipo de bacteria forma metano como el producto final de su metabolismo. Son estrictamente anaerbicas, son fcilmente encontrables en sedimentos lacustres y marinos. La bacteria metanognica difiere en varias caractersticas bioqumicas con las bacterias clsicas Entre estas caractersticas se encuentran la ausencia de cido murmico en las paredes de la clula, una diferente composicin de lpidos y varias coenzimas y factores nuevos. Algunos cultivos de estas especies son: Methanococcus mazei y M. omelianskii.

Bacillus formadores de esporas. Las culturas de Bacillus son sencillamente aisladas de los lquidos de reservorio. Esto es probablemente debido a la habilidad de las clulas del Bacillus a formar esporas. Esto permite que la clula sea capaz de encontrar su camino dentro del reservorio y tolerar alli dentro las condiciones adversas. Una especie de este Bacillus tiene la propiedad de generar polisacridos en concentraciones altas de sal. Cultivos de Clostridium sp,

Tolerante a la salinidad y productor de gas. El Clostridium tiene las propiedades de ser cido, solvente y productor de gas.

7. PRODUCTOS MICROBIANOS Y SUS APLICACIONES EN MEOR

Tabla 1. Bioproductos microbianos y sus aplicaciones en el recobro de aceite

ProductoMicroorganismoAplicacin en el recobro de aceite

BiomasaBacilus lichentiformis, Leuconostoc mesenteroides, Xanthomonas campestrisMPPM, taponamiento selectivo, reduccin de la viscosidad, degradacin de aceite, modificacin de la humedad

BiosurfactantesAcinetober calcoaceticus, Anthrobacter paraffineus,Bacillus sp., Clostridium sp., Pseudomonas sp.Emulsificacin, reduccin de la tensin interfacial, reduccin de la viscosidad

BiopolmerosBacillus polymyxa, Brevibacterium viscogenes,Luconostoc mesenteroides,Xanthomonas campestris,Enterobacter sp. MPPM modificacin del perfil de inyectabilidad, control de la movilidad, modificacin de la viscosidad

Bio solventesClostridium acetobutylicum,Clostridium pasteurianumZymomonas mobilisEmulsificacin, reduccin de la viscosidad

Bio-acidosClostridium sp., Enterobacter aerogenesIncremento de la permeabilidad, emulsificacin

BiogasesClostridium sp., Enterobacter aerogenes, Methanobacterium sp.Incremento de la presin, inflamacin del aceite, reduccin de la tensin superficial, reduccin de la viscosidad, incremento de la permeabilidad.

Biomasa microbiana

El mecanismo de la biomasa microbiana en Meor selectiva implica el taponamiento de zonas de alta permeabilidad, donde las clulas microbianas crecen en las gargantas de los poros ms grandes restringiendo as el flujo indeseable de agua a travs de ellos. Esto forzar el desplazamiento de agua a los poros ms pequeos y por lo tanto desplazar el aceite sin barrido, aumentando el crudo de recuperacin.

Biosurfactantes

Son molculas anfipticas con partes tanto hidrfilas como hidrfobas, que se producen por variedad de microorganismos. Tienen la capacidad de reducir la tensin superficial e interfacial, aumentan la solubilidad y movilidad de los compuestos orgnicos hidrfobos o insolubles y dispersan los hidrocarburos.

Biopolmeros

Polisacridos que son secretados por muchas cepas de bacterias principalmente para protegerlos contra la desecacin temporal y la depredacin, as como para ayudar en la adhesin a superficies. Sirven principalmente como medios de taponamiento de zonas de alta permeabilidad y por lo tanto modifican la permeabilidad del yacimiento para redirigir la inyeccin de agua a los canales ricos en petrleo.

Biogases

Las bacterias pueden fermentar hidratos de carbono para producir gases tales como dixido de carbono, hidrgeno y metano. Estos gases pueden ser utilizados para mejorar la recuperacin de petrleo mediante la explotacin de los mecanismos de depsito, re-presurizacin y la reduccin de la viscosidad del aceite pesado. Estos gases pueden contribuir a la acumulacin de presin en los reservorios. Tambin se pueden disolver en el petrleo crudo ayudando a reducir su viscosidad.

Bio-cidos

Algunas bacterias cuando se le suministran ciertos nutrientes pueden producir cidos tales como cido lctico, cido actico y cido butrico. Estos cidos pueden ser tiles en los yacimientos carbonatados o formaciones de arenisca cementada por carbonatos, ya que puede causar la disolucin de la roca de carbonato y por lo tanto mejorar su porosidad y permeabilidad. Produccin de cidos orgnicos por bacterias es una fase normal de fermentacin anaerbica de azcares.

Bio-Solventes

Algunos disolventes pueden ser producidos como producto de los metabolitos de los microbios. Estos incluyen etanol, acetona y butanol. Tambin pueden ayudar en la reduccin de la viscosidad del aceite y pueden contribuir como un co-tensioactivo para reducir la tensin interfacial entre el aceite y el agua.

Imagen 5: Comparacin antes y despus del proceso MEOR

8. BACTERIAS QUE SE UTILIZAN EN MEOR Y SUS PRODUCTOS

FamiliaTipo de RespiracinProductos

ClostridiumAnaerbicaGases, acidos, alcoholes y surfactantes

BacilusFacultativaAcidos y surfactantes

PseudomonasAerobiaSurfactantes y polmeros, pueden degradar hidrocarburos

XanthomonasAerobiaPolmeros

LeuconostocFacultativaPolmeros

DesulfovibrioAnaerbicaGases y acidos, sulfato reductores

ArthrobacterFacultativaSurfactantes y alcoholes

CorynebacteriumAerobiaSurfactantes

EnterobacterFacultativaGases y acidos

Tabla2: (Bryant y Burchfield, 1989).

9. FISIOLOGA DE LAS BACTERIAS BAJO CONDICIONES DE YACIMIENTO

Las bacterias deben estar posibilitadas de crecer bajo las condiciones presentes en las formaciones elegidas para mejorar su recuperada de petrleo. Entre estas condiciones se encuentran:

Potencial Redox.

El potencial de reduccin y oxidacin de las formaciones en subsuelo es bajo debido a la ausencia de oxgeno. Este tipo de organismos se comporta bien bajo este tipo de condiciones, debido a que es capaz de obtener su energa metablica a partir de reacciones en la que moleculas orgnicas son oxidadas a niveles superiores sin la participacin de oxgeno molecular.

pH.

El rango ptimo de pH en el cual las bacterias son capaces de crecer se encuentra en un estrecho margen alrededor de pH 7. El rango de pH presente en los petrleo en condiciones de reservorio varia entre un valor de 3 y 10 aunque frecuentemente se encuentra cercano a 7. Los extremos de este rango de pH presentan condiciones extremas de subsistencia para la mayora de los microorganismos.

Salinidad.

La salinidad del agua de formacin en donde los microorganismos son introducidos puede generar el problema de inhibir el exitoso crecimiento de las bacterias. Con excepcin a las bacterias haloflicas, que son tolerantes a las altas concentraciones de sal, las bacteria son generalmente capaces de crecer slo en concentraciones bajas de sal.

Es conocido que las bacterias sulfo-reductoras crecen y aumentan la produccin de sulfhdrico slo cuando el agua que contiene una alta salinidad es diluida con agua fresca. Adems del efecto adverso en el crecimiento bacterial, la alta salinidad genera una alta interaccin elctrica entre la superficie de la roca reservorio y las bacterias aumentando la adhesin entre ellas y limitando el transporte bacterial a travs del reservorio. Para altas salinidades hay trabajos recientes que sugieren el empleo de especies de Bacillus formadores de esporas, anaerbicas y productoras de gas capaces de crecer en soluciones de 7% de NaCl.

Temperatura.

La temperatura de formacin limita la profundiad a la cual el MEOR puede ser utilizado con microorganismos mesoflicos comunes. Aunque es conocido que las bacterias sobreviven hasta temperaturas de 90C a 100C, el lmite superior de temperatura que asegura un ptimo crecimiento no debera exceder los 55C. Se ha sugerido que las tcnicas de MEOR podran utilizar mayores temperaturas si se seleccionan bacterias termoflicas con las caractersticas metablicas deseadas.

Presin.

Los efectos de la presin en las clulas bacterianas es un importante factor cuando las presiones de trabajo alcanzan los varios cientos de atmosferas. Frecuentemente, la alta presin cambia la morfologa de las clulas. El efecto de presin hidrosttica sobre diferentes especies de bacterias vara enormemente, pero algunas de ellas se han adaptado exitosamente a ambientes de alta presin. En general la alta presin tiene menor influencia en la actividad metablica celular que el efecto de temperatura.

Nutrientes.

Las caractersticas que deben tener los nutrientes seleccionados son simplemente que los organismos sean capaces de crecer exitosamente en base al nutriente, que el producto metablico ayude a contribuir en la migracin del petrleo y que el nutriente en s sea barato. El resultante crecimiento de las bacterias y la produccin de productos metablicos, produce un efecto de liberacin de petrleo que no podra haber sido recuperado mediante otros productos.

Matriz de la Roca.

El propsito de la inyeccin de bacterias dentro del reservorio que contiene petrleo, est diseado para permitir el que las clulas penetren en el interior de la formacin y as produzcan productos metablicos que en contacto con el petrleo permitan su flujo de manera que ste pueda ser recuperado. La produccin de productos metablicos dentro del reservorio es ms efectivo en trminos de liberacin de petrleo que si la formacin fuese simplemente barrida con qumicos bombeados a travs de la roca desde los pozos inyectores. La penetracin de bacterias fue estudiada y se encontr que el caudal y la extensin de la penetracin no presentaba correlacin con la porosidad o permeabilidad. Los ensayos de laboratorio en rocas entre 200 y 400 md. mostraron que la penetracin no era funcin del tamao de las bacterias sino dependiente de la concentracin. La carga elctrica en la superficie de la roca es tambin considerada un factor clave para obtener altas penetraciones.

Imagen 6: Inundacin microbianaDisponible en: http://www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/publications/eordrawings/BW/bwmf.pdf

10. INTERACCIONES ENTRE LA BACTERIA INYECTADA Y LA BACTERIA INDGENA

La interaccin entre las bacterias inyectadas y las indgenas, es seguramente muy dificultoso de evaluar aunque debe ser realizado de alguna manera si se piensa inyectar alguna especie de bacteria en el reservorio. En el diseo de un proceso exitoso de MEOR, el cultivo de bacterias inyectado debe ser el dominante o la microflora en el reservorio debe formar un ecosistema simbitico con las bacterias inyectadas para as generar un ambiente favorable para la recuperacin de petrleo. A pesar de esto, poco trabajo de este tipo se ha hecho. En este caso, se debe considerar que posiblemente existir competencia entre la bacteria inyectada y la indgena. Tal vez una inyeccin peridica de la bacteria deseada sea necesaria para poder obtener algn logro. Un enfoque novedoso para controlar especies indeseables de bacterias a travs de bacterias patgenas ha sido propuesto y testeado en laboratorio. La bacteria patgena infecta selectivamente a ciertas bacterias, se multiplica en el interior de esas clulas y finalmente las mata. A pesar de que an no existen ensayos de campo, es altamente probable que su efectividad sea superior al de los bicidos convencionales.

11. CRITERIO DE SELECCIN DE YACIMIENTOS

Para poder seleccionar potenciales yacimientos para la aplicacin de MEOR, varias consideraciones deberan ser tenidas en consideracin. La Figura es un simple esquema que puede ser empleado como herramienta bsica de seleccin de candidatos.

Extrado de: Mejoramiento de la produccin de petrleo mediante el uso de aplicaciones biotecnolgicas. Rafael H Cobeas, I.T.B.A y Stanley L. Hogg, Valdez Rojas y Hogg S.8