Microbiología de Yacimientos Petrolíferos

Microbiología de

Microbiología de Yacimientos Petrolíferos - Agenda

• Bacterias encontradas en el yacimiento petrolífero

– Tipos de bacterias – Biopelícula

• Problemas causados por las bacterias en el yacimiento petrolífero

– Avinagramiento

– Interrupción del flujo

– Corrosión inducida por microbios – Degradación funcional de fluidos

• Métodos para medir los niveles de bacterias

• Organismos unicelulares sin núcleo

• Variedad de metabolismos • Se encuentran

virtualmente en todos los lugares de la tierra

Bacterias

agua

METABOLISMOS Aeróbico Anaeróbico Fermentativo

Bacterias Aeróbicas

• Bacterias que utilizan

oxígeno como parte de su

metabolismo

• Comúnmente encontradas

en aguas de superficie

E. Coli

Bacterias productoras de ácido

• Generan ácidos

orgánicos como parte de

su metabolismo

• Contribuyen a la

corrosión

Bacterias reductoras de sulfato

• Organismos anaeróbicos

• Las SRBs reducen los

iones de sulfato a sulfuro

como parte del

metabolismo

• Fuente de H

2

S y FeS

biogénicos

• Contribuye a la corrosión

Fuente de la imagen: Cells & Environmental Systems Inc.

Fotomicrografía de contraste de Bacterias Reductoras de Sulfato y Sulfuro: a) Desulfovibriodesulfuricans b) Desulfonemalimicola c) Desulfobulbuspropionicus d) Desulfobacterpostgatei e) Desulfosarcinavariabilis f) Desulfomonasacetoxidans

Brock, Madigan, Martinko& Parker in Biology of MicoorganismsPrentice-Hall Inc 1994

Bacterias oxidantes de metales

• Bacterias que oxidan el

hierro o manganeso a fin

de obtener energía para su

metabolismo

• Pueden formar sales de

cloruro

• Contribuyen a la corrosión

Organismos Extremófilos

• Los extremófilos se

reproducen en condiciones demasiado extremas para la mayor parte de la vida • Incluye termófilos y

halófilos

• Problemáticos porque los ambientes con alta

temperatura y alta

salinidad son comunes en la producción de energía

Vista área de Grand Prismatic Spring; Hot Springs, Midway & Lower Geyser Basin; Jim Peaco; Julio de 2001 Yellowstone National Park Imagen de NPS Photo

Halófilos

• Organismos que les agrada la sal • Se reproducen en soluciones salinas de 0,2 M a + 2 M • No se reproducirán cuando la concentración de sal no esté en el rango ideal

Termófilos

• Organismos que se reproducen a temperaturas de hasta 70ºC • Los hipertermófilos requieren temperaturas de hasta 105ºC para reproducirse • Son comunes en ambientes subterráneos

Fuente de la Imagen: David Darling

Fotomicrografías de un termófilo submarino aislado de los fluidos de venteo hidrotermales en lo profundo del mar.

Microbiología Subterránea

• Organismos encontrados a grandes profundidades (2 millas) y en condiciones de temperaturas y salinidad extremas

• DOE tiene un programa de microbiología subterránea que estudia organismos • Los microbios están

presentes en la geología de pozos incluso antes de la perforación

Biopelículas

• Los organismos

planctónicos (de libre

flotación) se convierten en sésiles cuando se adhieren a la superficie

• Los organismos sésiles adaptan el metabolismo y excretan un film protector de sustancias poliméricas extracelulares (EPS)

Ciclo de vida de las biopelículas

Simbiosis de las biopelículas

• La mayoría de las biopelículas no son organismos únicos • Los organismos, a menudo, se comportan de manera simbiótica – el producto de desecho de un organismo es el nutriente de otro • Comunidades fuertes difíciles de tratar

¿Por qué

las Biopelículas son más difíciles de

eliminar ?

• Barrera de difusión / reactividad

– los biocidas no penetran a través de la biopelícula

– los biocidas reaccionan con los componentes de la biopelícula

• Menor actividad metabólica = crecimiento más lento

• Las células de las biopelículas producen diferentes

productos

• Protección a la comunidad

– las células se agrupan / amontonan (menos expuestas)

– los productos de desechos desactivan los biocidas (por ej., sulfuro)

Biopelícula con sulfato reductor de bacterias

Fosa de 10 mm,

formada después de 9 meses en un tanque de petróleo

Fosa formada después de 11 meses en un tanque de petróleo crudo

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A PracticalManual onMicrobiologically

Problemas causados por microbios

• Avinagramiento

• Interrupción del

flujo

• Corrosión

• Deterioro

Catherine Bass&HilaryLappin-Scott1997

Avinagramiento

• Las bacterias reductoras de sulfato forman H2S como parte de su

respiración

• Riesgo para la salud, reduce el valor de hidrocarburos

• Pueden formar depósitos de sulfuro de hierro

Interrupción del flujo

• La biopelícula puede

obstruir los caminos del

flujo

• Incluso pequeñas

cantidades de

biopelícula pueden

afectar negativamente el

flujo de hidrocarburos

Biopelícula en partículas de arena

Interrupción del flujo

GAS Agua θ₁ θ₂< θ₁ P=P_in Biopelícula Granos Obstrucción Cambio en la capacidad de humedad Cuellos de poros, cuerpos de poros

Interrupción del flujo

• Las biopelículas afectan la hidrofobicidad del agente de sostén

• Los agentes de sostén hidrofóbicos alientan la extracción de agua para un flujo de gas ideal

Agentes de sostén hidrofílicos

Interrupción del flujo

Sin biopelícula Con biopelícula

Interrupción del flujo

Índice de flujo de gas Gas acumulativo

Corrosión

• Los productos de la corrosión se forman debajo de la

biopelícula

• A menudo, las comunidades de organismos exacerban

la situación

• Esto resulta en corrosión de picaduras

Deterioro

Drilling Fluid Viscosity as a Function of Biocide (THPS)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25

Days (reinoculation at day 15)

App ar ent V is cos ity (c Ps ) 0 ppm 75 ppm 150 ppm 300 ppm

Drilling Fluid pH as a Function of Biocide (THPS)

5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 0 5 10 15 20 25

Days (reinoculation at day 15)

pH

0 ppm 75 ppm 150 ppm 300 ppm

Enfoques de monitoreo de bacterias

• Técnicas basadas en cultivos que determinan microorganismos viable (vivos)

– “Tubos de microbios”

• Métodos o dispositivos que miden la actividad microbiana de los microorganismos

– ATP

• Técnicas no basadas en cultivos que caracterizan microorganismos

– Técnicas de biología molecular

Monitoreo de Biopelículas

Enumeración

Muestra de colección

Microorganismos de actividad microbiana

Ensayos ATP

-bioluminescencia.

Ventajas:

• Rápidos, costos de análisis económicos, no específico de un organismo, portátiles

Desventajas:

• Mide la actividad y no la “biomasa”

• Costoso para automatizar • Datos estáticos

• Muchas interferencias especialmente en fluidos producidos

Monitoreo de corrosión microbiológicamente

influida

• Técnicas de cultivo, planctónicas y sésiles de las superficies de cupones y muestras de agua.

– SRBs, Bacterias productoras de ácido (APBs)

• Análisis químicos

– Ácidos grasos, Niveles de Fe, pH, H2S

• Microscopía

– Conteos directos de epifluorescencia – SEM o ESEM

• Análisis de cupones de corrosión • “Limpieza” de tuberías

inteligentes

• Monitoreo electromecánico – ocasional

Métodos ecológicos moleculares sin cultivo

• Microscopía cuantitativa:

– Conteos directos con DAPI, AO,

– Bacterias conocidas específicas: FISH

• qPCR – Reacción en cadena de la Polimerasa cuantitativa.

– Identifica y cuantifica grupos conocidos de microorganismos problemáticos.

• DGGE – electroforesis en gel con gradiente de desnaturalización

– Identifica grandes poblaciones y diversidad

Métodos ecológicos moleculares sin cultivo

• Ventajas

– Identifica la presencia de microorganismos en ambientes extremos donde las técnicas basadas en cultivos no tienen capacidad

– Identifica la diversidad microbiana “verdadera” y los

microorganismos dominantes en la muestra de la población.

– Análisis relativamente rápidos, sobre todo, comparado con técnicas basadas en cultivos.

• Desventajas

– Requiere equipo especializado y técnicos altamente calificados – No es un monitoreo en tiempo real

– Resulta difícil separar las comunidades vivas de las muertas.

¡Muchas gracias!

Debora Fumie Takahashi, PhD en Microbiología

Especialista en Aplicaciones de Clientes LA

[email protected]

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