Técnica de recuperación asistida por bacterias. Microbial enhanced oil recovery (MEOR)
Reseña Histórica
El primer trabajo descubridor en este campo fue realizado por Beckmann in 1926. A pesar de ello, poco fue hecho hasta que ZoBell comenzó una serie de investigaciones sistemáticas de laboratorio en los años 40. Las ideas y resultados presentados en los artículos de ZoBell marcaron el comienzo de una nueva era en la investigación de la microbiología del petróleo. Su trabajo se centró en la factibilidad de separar petróleo de las rocas reservorios mediante el uso de cultivos de bacterias enriquecidas. De hecho, el demostró este concepto inyectando bacterias sulfo-reductoras de tipo anaeróbicas en una solución nutriente de lactato de sodio con la que saturó muestras de areniscas petrolíferas de Athabasca (viscosidad del crudo del orden del millón de centipoises) en botellas de vidrio selladas. La multiplicación de bacterias fue acompañada con una separación gradual de petróleo del interior de la arenisca. En sus trabajos, se enunciaron los siguientes mecanismos de liberación de petróleo:
- Disolución de la matriz de la roca en reservorios carbonáticos. La presencia de bacterias sulfo reductoras transforman el sulfato en H2S, el cual es ligeramente ácido. Esta compuesto acidulado tiende a reducir el pH del medio con lo que la siguiente ecuación se desplaza hacia el lado derecho: CaCO3 + H2O ⇔CO2 + Ca(OH)2
Si los carbonatos inorgánicos son disueltos, entonces el petróleo adsorbido a ellos es liberado. - Generación in situ de gases. Este gas extra ayuda a empujar el petróleo fuera del espacio poral.
- Afinidad de las bacterias hacia los sólidos. Las bacterias se depositan sobre la superficie y se pegan a la misma para generar membranas biológicas que encapsulan el petróleo para así ser transportado más sencillamente.
- Reducción de la tensión superficial. Las bacterias producen substancias activas para las superficies o agentes mojantes que son parcialmente responsables de la liberación de petróleo de los sólidos.
Además, de enunciar los principales mecanismos de liberación, en sus trabajos, ZoBell presentó algunas consideraciones muy importantes:
- Más trabajo experimental debería ser conducido antes de que alguna aplicación positiva de campo pudiera ser realizada.
- Se deberían realizar ensayos de compatibilidad entre las bacterias y la formación.
- Las bacterias empleadas en estos estudios presentan un efecto altamente corrosivo sobre estructuras de hierro.
Mecanismos del MEOR
En el proceso de "fermentación bacterial in situ" una combinación de mecanismos es la responsable de la estimulación de la producción o el mejoramiento en la recuperación de petróleo. Esta combinación de mecanismos depende básicamente de la aplicación, los cultivos y nutriente seleccionados y las condiciones operacionales. Los posibles mecanismos son:
- Mejoramiento de la movilidad relativa del petróleo con respecto al agua mediante biosurfactantes y biopolímeros.
- Re-presurización parcial del reservorio por la liberación de gases como el metano y el CO2.
- Reducción de la viscosidad del petróleo a través de la disolución de solventes orgánicos en la fase petróleo.
- Incremento de la permeabilidad de la rocas carbonáticas en reservorios calcáreos debido a ácidos orgánicos producidos por bacterias anaeróbicas.
- Limpieza de la vecindad del pozo mediante los ácidos y gases originados in situ. El gas sirve para empujar petróleo de poros muertos y remover finos que taponan las gargantas porales. El tamaño promedio de las gargantas porales es incrementado y como resultado la presión capilar en la región vecina al pozo se transforma en más favorable al flujo de petróleo.
- Modificación de las condiciones de mojabilidad. Una vez que la biomasa se adhiere a la superficie de la roca, ésta genera membranas biológicas que liberan el petróleo adsorbido sobre la superficie de la roca.
- Taponamiento selectivo de zonas altamente permeables mediante la inyección de bacterias "gelificantes" seguidas por una solución azucarada que "enciende" la gelificación por producción extra de células gomosas. La eficiencia areal de barrido es así mejorada.
- Degradación y alteración del petróleo. Ciertas bacterias alteran la estructura carbonada del petróleo presente en el reservorio.
- Desulfurización del petróleo. La inyección de una bacteria tolerante al sulfhídrico fue patentada como una manera de controlar la producción neta de sulfhídrico.
Factores Claves en un MEOR
En las aplicaciones prácticas de MEOR se deben considerar muchos factores claves. Entre ellos están las propiedades petrofísicas del reservorio, la química y la microbiología.
A. Propiedades de Reservorios
Las propiedades de reservorios que deben ser cuidadosamente analizadas en la etapa de diseño de un proceso de MEOR son consideradas factores claves, las cuales son.
- Factores de Forma
- Estructura Poral
- Permeabilidad
B. Química
Los productos metabólicos que involucran químicos complejos pueden ser el resultado de una o varias reacciones combinadas. Estas reacciones o procesos son clasificadas como reacciones de modificación o degradación por microorganismos. La biodegradación (degradación por bacterias) implica completa mineralización de químicos hasta formar compuestos simples a través del metabolismo de microorganismos. Este es un proceso complejo que involucra diferentes caminos y secuencias de pasos de modificación bacterial. La modificación por bacterias, implica que el químico es cambiado, una de estas propiedades son:
- Alteración Bacterial
- Lavado por Agua
- Biodegradación de Petróleos
- Emulsificaciones
- Metales en el Petróleo
C. Microbiología
La microbiología del petróleo puede ser definida como el estudio de la distribución de bacterias indígenas, la fisiología de las bacterias bajo condiciones de reservorio, la interacción entre las bacterias inyectadas y las indígenas y el control de la actividad en el reservorio de manera tal que la inyección potencial de un cultivo de bacterias y/o la estimulación de la actividad de las bacterias indígenas pueda traer resultados positivos en la recuperación de petróleo. Estas propiedades son:
- Bacteria Indígena
- Fisiología de las Bacterias bajo Condiciones de Reservorio
- Interacciones entre la Bacteria Inyectada y la Bacteria Indígena
Criterio de Selección
Para poder seleccionar potenciales reservorios para la aplicación de MEOR, varias consideraciones deberían ser tenidas en consideración. La Figura 1 es un simple esquema que puede ser empleado como herramienta básica de selección de candidatos.
Figura 1 - Criterios de selección de reservorios candidatos para MEOR
Análisis Económico del MEOR
El MEOR es potencialmente una tecnología efectiva y de bajo costo para el incremento de la producción de petróleo. Las más importantes ventajas económicas y operativas de estas técnicas son:
- Los microorganismos y nutrientes inyectados son baratos, fáciles de obtener y manejar en el campo.
- El MEOR es económicamente atractivo en campos productores marginales.
- El costo del fluido inyectado no depende del precio del petróleo.
- Generalmente, la implementación de este proceso necesita sólo pequeñas modificaciones en las facilidades existentes de producción, lo cual reduce el costo de inversión.
- El método es fácil de aplicar con equipamiento de producción convencional.
- El MEOR es menos costoso de implementar y más sencillo de monitorear que cualquier otra técnica de recuperación asistida.
- Los productos del proceso de MEOR son todos biodegradables y no se acumulan en el ambiente.
Los limitados análisis económicos existentes de los ensayos de campo muestran que el mayor costo de un proyecto de MEOR se encuentra en el costo del nutriente para alimentar los microorganismos.
Tecnologías Actuales
El proceso de MEOR abarca un amplio espectro de tecnologías, las cuales pueden ser diseñadas para diferentes aplicaciones usando distintas metodologías. Estas metodologías pueden ser divididas en los siguientes grupos de aplicaciones:
- Estimulación de producción en pozos individuales mediante el uso de microorganismos.
- Inyección continua de agua y microorganismos.
- Biobarrido de nutrientes usando el sistema de huff-and-puff.
- Limpieza de pozos con bacterias.
- Taponamiento selectivo con bacterias.
- Recuperación de fluidos de fracturación con microorganismos.
Actualmente, se están llevando a cabo estimulaciones de pozos individuales en diferentes yacimientos del país Argentina. La reducción en la viscosidad y los incrementos documentados en la producción de petróleo indican que estas operaciones están siendo técnicamente exitosas.
Finalmente a pesar de la larga historia que tiene la investigación de técnicas de MEOR, los resultados que dieron lugar al desarrollo de la tecnología han pasado mayormente desapercibidos para la industria petrolera. Esta falta de reconocimiento por la industria del petróleo se ha debido a varias razones. En gran parte es que la investigación e información de campo ha sido presentada en piezas fragmentadas en publicaciones extranjeras en idioma original, o revistas de ciencias biológicas que no se encuentran disponibles o no son leídas por trabajadores de la industria petrolera. Además el MEOR requiere la interacción de discimiles disciplinas científicas tales como la biología y la ingeniería de reservorios que abordan de diferente manera el tema. Por lo tanto ha sido muy difícil de presentar en la industria del petróleo una imagen comprensiva y cohesiva de la tecnología de MEOR.
No obstante su pasado, el proceso de MEOR es una tecnología de bajo costo bien sustentada y técnicamente practicable, la cual ofrece muchas aplicaciones útiles en la industria del petróleo. Las innovaciones continuas, las nuevas herramientas mejoradas de simulación de procesos biológicos, los enfoques más prácticos y los resultados rentables en las técnicas de estimulación de pozos individuales, limpieza y taponamiento de capas sugieren un alentador futuro y una actividad sostenida durante los próximos años.
Referencias.
Mejoramiento de la Producción de Petróleo Mediante el Uso de Aplicaciones
Biotecnológicas.
Rafael H. Cobeñas, I.T.B.A. y Stanley L. Hogg, Valdez Rojas & Hogg S.A.