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USO DE HERRAMIENTAS INNOVADORAS PARA LA

DETECCIÓN, MONITOREO Y CONTROL DE MICROORGANISMOS ASOCIADOS A

LA BIOCORROSIÓN EN INSTALACIONES PETROLERAS

De Sisto, A., Naranjo-Briceño, L., Inojosa, Y., Rojas-Tortolero, D., Sena, L.,

González, M., Freites, M., Pernía, B., García, D., Duque, Z.

Primeras Jornadas sobre Seguridad de los Procesos

Lechería. Edo. Anzoátegui , 16 de junio de 2011

¿Qué es la Fundación IDEA?

La Fundación Instituto de Estudios Avanzados (IDEA) es un instituto adscrito al Ministerio del

Poder Popular para la Ciencia, Tecnología e Industrias Intermedias (MppCTII) que se

encuentra ubicado en Caracas, Venezuela, en una extensión de 103.053,86 m2.

Bajo un enfoque multidisciplinario, realiza investigaciones y desarrolla soluciones tecnológicas

innovadoras integradas a actividades de producción y prestación de servicios en las áreas de:

i) Salud, ii) Seguridad Alimentaria y Agricultura, iii) Energía y Ambiente y iv)

SocioPolítica y Cultura, contribuyendo a la mejora de la calidad de vida de la sociedad.

Salud

Energía y Ambiente

Agrobiotecnología

Sociopolítica y Cultura

http://www.idea.gob.ve

DIRECCIÓN DE ENERGÍA Y AMBIENTEBIOTECNOLOGÍA APLICADA AL PETRÓLEO y AL SANEAMIENTO BIOTECNOLOGÍA APLICADA AL PETRÓLEO y AL SANEAMIENTO

AMBIENTALAMBIENTAL

“El uso complementario de la biotecnología moderna en la industria

petrolera proporciona nuevas herramientas para contribuir a garantizar y/o

incrementar sus capacidades productivas, así como mitigar el impacto

ambiental generado por la misma”

Creando alianzas científico-tecnológicas para asegurar el desarrollo sustentable de nuestra Industria Petrolera

Energía y Ambiente

La creciente demanda mundial de combustibles.

Drástica reducción de las reservas de hidrocarburos convencionales(30%).

La necesidad de explotar las reservas de crudos no convencionalesdel mundo (70%). Arenas bituminosas: 30%; Crudo pesado: 15%;Crudo extrapesado (CEP): 25%.

Venezuela posee una reserva probada de hidrocarburos de296.500.944 millones de barriles (más del 20% de las reservasprobadas del mundo).

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMADemanda y reservas de hidrocarburos

USO COMPLEMENTARIO DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA PETROLERAUSO COMPLEMENTARIO DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA PETROLERA

RESERVAS DE HIDROCARBUROS A NIVEL MUNDIAL


Los países OPEP aportarán el mayor volumen de crudo que se consumirá en el mundo

Del Total de los barriles incrementales Venezuela aporta el 42,5 %, lo que potencia su futura posición en la OPEP.

La FPO esta constituida por 4 áreas principales de producción: Carabobo, Ayacucho, Junín y Boyacá.

Posee una reserva probada actual de 86 MMBD y se espera que supere los 200 MMBD.

Se han creado al menos 10 empresasmixtas con socios procedentes de 27países para la explotación y refinación delas reservas de petróleo de la FPO.

Actualmente, la producción total es de930 MBD, con una proyección de 2 MMBDpara el año 2016-2020.

ÁREA TOTAL: 55,314 Km2

FAJA PETROLÍFERA DEL ORINOCO


Los CEP de la Faja Petrolífera del Orinoco.

Son ricos en heteroátomos (azufre, oxígeno y nitrógeno)

Son ricos en metales pesados como Níquel y Vanadio

Contienen altas concentraciones de asfaltenos y resinas

Contienen altos niveles de viscosidad

Estas propiedades adversas originan severos problemasoperacionales durante la extracción, transportación y refinación.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAPropiedades del crudo extrapesado


PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAExplotación Masiva de la FPO

La explotación masiva de la FPO generará una cantidad enorme de

desechos de perforación (ripios impregnados con crudo y fluidos de

perforación) que deben ser manejados y tratados adecuadamente.

La existencia de más de 12.000 fosas de hidrocarburos en el País ha

traído como consecuencia la contaminación de suelos y recursos

acuíferos.

La tasa de biodegradación de los hidrocarburos en el medio están

limitadas por su hidrofobicidad y baja solubilidad en agua.


Apoyo a los procesos productivos de la industria petrolera

INCREMENTO DEL VALOR COMERCIAL DE LOS CRUDOS PESADOS Y EXTRA-PESADOS DE LA FAJA PETROLÍFERA DEL ORINOCO MEDIANTE EL USO DE

BIOCATALIZADORES.

Objetivo: Desarrollar una tecnología innovadora de biomejoramiento de crudos

pesados y extrapesados de la Faja Petrolífera del Orinoco, mediante la aplicación de nuevas tecnologías convergentes.

Obtener CEP bioconvertidos con un mayor valor agregado:

• Menor aromaticidad total, • Menor cantidad de heteroátomos y metales pesados, • Menor grado de viscosidad• Evitando la pérdida de los átomos de carbono y conservando el valor calorífico de los hidrocarburos

Crudo Pesado y Extra-pesado


• Alta viscosidad

• Ricos en resinas y asfaltenos

• Alto contenido de azufre

• Grados API:Pesados: 22 – 10Extra-pesados: < 10

Bacterias Hongos

• Menor viscosidad

• Grados API:Medianos: 22 – 29Livianos: > 30

Biomejoramiento



• Alta viscosidad

• Ricos en resinas y asfaltenos

• Alto contenido de azufre

• Grados API:Pesados: 22 – 10Extra-pesados: < 10

Bacterias Hongos

• Menor viscosidad

• Grados API:Medianos: 22 – 29Livianos: > 30

DESARROLLO DE UNA TECNOLOGÍA INNOVADORA PARA LA OBTENCIÓN DE NUEVOS PRODUCTOS BIOLÓGICOS COMO ALTERNATIVA EN LA CONVERSIÓN

Y RECUPERACIÓN MEJORADA DE CRUDO EN YACIMIENTOS.

Objetivo:

Desarrollar una tecnología innovadora de conversión y recuperación mejorada de crudo en yacimientos, mediante el uso de productos biológicos (MEOR).



DESARROLLO DE NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA EL SANEAMIENTO DE PASIVOS AMBIENTALES GENERADOS POR LA INDUSTRIA PETROLERA.

Objetivo: Desarrollar nuevas tecnologías limpias para el tratamiento eficiente de

ripios de perforación, suelos y aguas contaminadas con hidrocarburos, mediante el acoplamiento de procesos fisicoquímicos y biológicos.

BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA MITIGACIÓN DEL CAMBIO CLIMÁTICO MEDIANTE LA BIOCONVERSIÓN DE CO2 EN HIDROCARBUROS VERDES Y

PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS DE ALTO VALOR AÑADIDO PARA LA INDUSTRIA, UTILIZANDO MICROALGAS COMO BIOFACTORÍAS.

Objetivos: Desarrollar una tecnología que permita integrar la captura y bioconversión de

CO2 en hidrocarburos verdes de usos múltiples para la industria energética, mediante la utilización de microalgas como biofactorías.

Desarrollar nuevas tecnologías que permitan obtener productos biotecnológicos de alto valor añadido para ser usados en la agricultura, agroindustria, industria farmacéutica, entre otras, mediante la utilización de microalgas como biofactorías.

DETECCIÓN Y CONTROL DE PROCESOS DE CORROSIÓN INDUCIDA POR MICROORGANISMOS EN INSTALACIONES PETROLERAS.

Objetivo:

Desarrollar y aplicar una metodología innovadora que permita identificar y diagnosticar molecularmente el problema de la corrosión inducida por microorganismos en instalaciones petroleras.


Es un proceso electroquímico que produce el deterioro de un materialmetálico en donde se encuentran involucrados microorganismos ya seainiciando, facilitando o acelerando el proceso (Watkins et al., 1994).

BIOCORROSIÓN BIOCORROSIÓN

En 1996 la corrosión de tuberías arrojo $ 840 millones en perdidas para la industria (Buck et al., 1996)

En el 2001 hubo perdidas por $ 13.4 billones debido a problemas de corrosión en la industria del gas y del petróleo, de los cuales $2 billones son atribuidos a la corrosión microbiológica (Koch et al., 2001)

El 40% de la corrosión interna en ductos de la industria del gas es atribuida a la actividad microbiana y la industria petrolera no escapa a esta realidad.

• Microorganismos Plantónicos:Son aquellos que permanecen libres dentro del fluido que circula dentro de un sistema, por ejemplo un tanque de almacenamiento, un sistema de distribución de agua, nafta, DCO, etc.

Tubería

• Microorganismos Sésiles (BIOPELICULA O BIOFILMS):Es una comunidad derivada de microorganismos plantónicos unidas a un sustrato o entre si, embebidas en una matriz extracelular de sustancias poliméricas por ellas producidas y que exhiben un fenotipo alterado con respecto al índice de crecimiento y transcripción de genes. (Costerton, 2005).

Fluido

Estructurametálica

Bacteriasplanctónicas

MICROORGANISMOS Y BIOCORROSIÓNMICROORGANISMOS Y BIOCORROSIÓN

GrupoCondiciones de

crecimientoEspecies asociadas

Subproductos del metabolismo

microbiano

Genes asociados

Morfología

Bacterias sulfato reductoras

Anaeróbicas, se asocian a presencia de sulfatos, sulfitos, 80°C y pH 5-9.

Desulfonema, Desulfovibrio, Desulfuromonas y Desulfotomaculum

Reducen sulfatos (S04) a sulfuro de hidrógeno

(H2S).

dsrAB.

(sulfito reductasadesasimilatoria)

Bacterias hierro reductoras

Anaeróbicas

Sphaerotillus sp.

Crenothrix sp.

Leptothrix sp.

Cyanobacteria sp.

Producen óxidos de hierroisiA

(iron-stress-induced protein A)

Bacterias Ferruginosas Anaeróbicas

Thiobacillus ferroxidans

Gallionella sp.

Convierten el ión ferroso en ión férrico que

precipita en forma de hidróxido férrico.

-

Bacterias oxidadoras de sulfuros

Aeróbicas Thiobacillus sp.

Oxidan compuestos de sulfuros reducidos

aeróbicamente para producir H2SO4

-

Bacterias productoras de ácidos

Aeróbicas y AnaeróbicasThiobacillus thioxidans

y Clostridium sp.

T. thioxidans oxida compuestos que

contienen azufre para formar H2SO4, favoreciendo el crecimiento de

Clostridium una bacteria anaeróbica que produce

ácidos orgánicos de cadena corta.

-

Hongos productores de ácidos y peróxido de hidrógeno Aeróbicos

Aspergillus fumigatus, Aspergillusniger, Hormoconis resinae,

Candida silvicola, Penicillium sp.,Alternaria alternata.

Formación de ácidos y peróxido de hidrógeno.

-

GRUPOS MICROBIANOSGRUPOS MICROBIANOS

ESPECIES DE HONGOS IMPLICADOS EN BIOCORROSIÓNESPECIES DE HONGOS IMPLICADOS EN BIOCORROSIÓN

Hormoconis resinae

Aspergillus niger

Candida silvicola

Aspergillus fumigatus

Alternaria alternata

Penicillium sp.

OBJETIVO

Desarrollar y aplicar una metodología innovadora que, mediante el uso de herramientas metagenómicas, permita identificar, diagnosticar y controlar el problema de la biocorrosión que afecta las líneas de distribución de diluentes y/o de crudo diluido en campos petroleros.

1. Evaluar el origen de la corrosión que afecta las líneas de distribución.

2. Identificar y caracterizar molecularmente la comunidad microbiana.

3. Identificar y caracterizar molecularmente genes asociados a procesos de biocorrosión

4. Caracterizar fenotípicamente microorganismos cultivables aislados.

5. Evaluar el potencial corrosivo de los microorganismos cultivables aislados

RESULTADOS

Muestra Muestra 11

Morfotipos ObtenidosMorfotipos Obtenidos

4

2. Aislamiento, identificación y caracterización de BRS en zonas afectadas o de estudio. (Inoculadas en campo usando medios de cultivos selectivos)

FASE DE LABORATORIO FASE DE LABORATORIO

Morfotipos Morfotipos ObtenidosObtenidos

Muestra 5Muestra 5


5

1

Muestra 10 Muestra 10


Muestra 6 Muestra 6


1

2

Muestra 12 Muestra 12

3

Medio PowerMedio Power

3 Hongos


Medio LBMedio LB

Aislamiento de bacterias aeróbicas y anaeróbicas facultativas Aislamiento de bacterias aeróbicas y anaeróbicas facultativas

CultivablesCultivables ( Frascos Originales). ( Frascos Originales).

Muestra 2 Muestra 4 Muestra 5

Muestra 7 Muestra 9 Muestra 12

Staphylococcus

Kocuria

Cellulomonas

Bacillus pumilus

Buttiauxella

Proteus

Acinetobacter

Ignatzschineria

PORCENTAJES DE PREVALENCIA DE GENEROS BACTERIANOS EN LAS MUESTRAS 3, 4, 6 y 12.

50%4,16%

4,16% 4,16%

4,16%

8,33%

12,5%

12,5%

Identificación molecular de bacterias cultivables Identificación molecular de bacterias cultivables aeróbicas y anaeróbicas facultativas. aeróbicas y anaeróbicas facultativas.

Staphylococcus > Bacillus pumilus > Acinetobacter > Proteus

Nota: Bacterias SRB solo se encuentran presentes en la Troncal T3 LA

M12 bacteria 8

MORFOLOGÍA DE LAS BIOPELICULAS DESARROLLADAS SOBRE EL ACERO AL CARBONO EN EL TIEMPO (SISTEMA 1)

Superficie del aceroantes de Inocular

T1 T2 T3 T4

MORFOLOGÍA DE LAS MUESTRA MADRE

Determinación corrosiva de cepas seleccionadas (IDEADeterminación corrosiva de cepas seleccionadas (IDEA--INZIT)INZIT)

Bioensuciamiento celular en la extensión superficial

T2 T3 T4

MagnificaciónMagnificaciónSe destaca un extenso daño localizado por áreaen el tiempo 4 (120 h).

M12 bacteria 8.

MORFOLOGÍA DE SUPERFICIE DECAPADA PARA OBSERVAR DAÑOS DE CORROSIÓN.

Determinación corrosiva de cepas seleccionadas (IDEADeterminación corrosiva de cepas seleccionadas (IDEA--INZIT)INZIT)

T0


CREACIÓN Y EQUIPAMIENTO BÁSICO DEL

CENTRO DE BIOTECNOLOGÍA DE PETRÓLEO Y BIOCATÁLISIS AMBIENTAL

Objetivo:

Procurar la sostenibilidad operativa, ambiental y económica de la explotación petrolera nacional, mediante el desarrollo de conocimientos y tecnologías innovadoras y complementarias que contribuyan a:

i) Dar valor agregado y mayor valor comercial a los crudos no convencionales de la FPO;

ii) Sanear las zonas impactadas y los sub-productos generados por la explotación petrolera;

iii) La disminución de los costos operativos y el funcionamiento continuo de los procesos en toda la cadena de valor;

iv) La obtención de nuevas fuentes de energía alternas y complementarias y;

v) La formación de recursos humanos altamente calificados.

Creación y Equipamiento Básico del Centro de Biotecnología Creación y Equipamiento Básico del Centro de Biotecnología

del Petróleo y Biocatálisis del Petróleo y Biocatálisis AmbientalAmbiental

Proyecto de Construcción de Edificio sede de

Biotecnología del Petróleo y Biocatálisis Ambiental






http://www.idea.gob.ve

PERSONAL DE INVESTIGACIÓN:

Dr. Leopoldo NaranjoDr. Jhonny Demey

Angela De SistoBeatriz PerníaDiego RojasOlaf IlzinsEmidio FusellaYsvic InojosaLucía SenaMiguel Freites

Maria Daniela TorresMeralys González

Alfonso TusaRosa Ramirez

Dana GarcíaTrigal Perdomo

Alexander Parra

Dra. Zoilabet Duque (INZIT)

ESTUDIANTES:

Raúl Rivero

Andrea de SousaMiguel Freites

Crisbel Peña

Trigal PerdomoAdelitza StrubingerGladys Morillo

Yoriexy Flores

María Márquez

PERSONAL DE APOYO:

ADMINISTRATIVO

Malena FerrerMiriam Bruzual

Productos I+D+I (2007-2010):

7 Proyectos Científicos financiados

15 Artículos científicos en revistas indexadas

1 US Patent Application

1 Guía Técnica para la Industria Petrolera

25 Comunicaciones a Congresos

15 Estudiantes graduados Pre y Post-grado

2 Cursos Internacionales sobre Biotecnología y Petróleo (ICGEB)

3 Representaciones en organizaciones Internacionales de I+D+I

Total: Total: 2323

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