El análisis de la producción de metano por microorganismos autóctonos a un depósito de gas ya mermado para su aplicación en la Recuperación Microbiana Mejorada de Petróleo

Introducción

La recuperación microbiana de petróleo mejorada se basa en la aplicación de métodos para aumentar la capacidad de extraer el crudo (petróleo mantenido en los reservorios) de los yacimientos, mediante el uso de microorganismos.

Los problemas a la hora de recoger el petróleo de los yacimientos suelen estar relacionados con las propiedades que tiene el crudo y los instrumentos utilizados en su extracción: pérdida de gotas por la unión de éstas a las paredes de los tubos de recogida, fluidez poco interesante, etc..

Para evitar estos problemas, se intentan aplicar diferentes métodos que mejoren las características del petróleo y faciliten el trabajo con él.

En el caso de esta investigación caso se examinó la producción de metano por los microorganismos recogidos de un yacimiento agotado. Los resultados indican que los microorganismos autóctonos del reservorio de petróleo podrían utilizar extracto de levadura eficazmente, lo que sugiere que los microorganismos indígenas y nutrientes proteicos podrían ser utilizados para la recuperación de petróleo mejorada por microorganismos.

La recuperación microbiana de petróleo mejorada (Meor)

Generalmente las operaciones de los Meor implican la inyección de nutrientes, junto con cultivos de microorganismos exógenos, en el depósito. Estos nutrientes inyectados promueven la propagación microbiana así como la producción de diversos metabolitos (gases, biopolímeros y biosurfactantes) dentro del reservorio, produciendo biomasa y metabolitos que modifican propiedades del medio en el depósito y del petróleo crudo en sí. Las meor se considera que son más rentables y más ecológicas, puesto que los nutrientes (y microbios) son relativamente menos costosos que los productos químicos y biodegradables. Aunque se ha utilizado en varios yacimientos petrolíferos la tecnología sigue siendo subdesarrollada debido a la falta de fiabilidad del rendimiento.

Algunas de estas dificultades están asociadas a la inyección de microorganismos exógenos en un depósito. Estos microorganismos se enfrentan a dificultades para penetrar en la formación, como la fisicoquímica (ph, presión temperatura y salinidad) propiedades que varían de un deposito a otro.

Además, el coste de los nutrientes inyectados provocan una considerable preocupación ya que recientes demandas de bioetanol han elevado el valor de mercado de los azúcares por lo que las operaciones de tales carbohidratos utilizados en Meor son económicamente menos eficaces.

El objetivo de este estudio

Obtener los conocimientos básicos sobre la actividad de microorganismos que residen en un reservorio de petróleo, para mejorar el rendimiento de Meor, sobre todo teniendo en cuenta los dos anteriores aspectos mencionados.

- Se contempla la posibilidad de utilizar microorganismos autóctonos para marcar depósitos para Meor.

- Con respecto a los nutrientes inyectados también examinaron si las sustancias proteínicas podrían ser utilizadas como un nutriente alternativo para Meor.

Procedimientos (experimentación)

Experimento 1

Se recogieron las comunidades microbianas del depósito del yacimiento petrolífero yabase (akita, Japón) y se examinó la capacidad de producir gases como una actividad microbial representativa. La producción de gases como el metano y el dióxido de carbono es una actividad importante para Meor ya que estos gases pueden mejorar la recuperación de petróleo (represurización del depósito, disminución de la tensión interfacial etc...)

 Muestras microbianas (aguas de formación del embalse) fueron obtenidas de la producción de dos pozos en el yacimiento petrolífero de yabase en agosto de 2008. (Actualmente el depósito está casi agotado de petróleo crudo).

La formación de aguas fueron recogidas de las válvulas de muestreo ubicadas en las cabezas de los pozos en botellas de muestro estériles. Estas botellas se llenaron con mezclas de aceite /agua en un flujo de nitrógeno gas. Minimizando la exposición de las muestras a oxígeno y se enviaron al laboratorio dentro de 24h después de la toma de muestras.

Resultados 1

Los niveles de sulfato y nitrato fueron inferiores a los niveles detectables para los instrumentos utilizados indicando que las condiciones metanogénicas que predominaban en el reservorio.

Experimento 2

Las muestras de agua se dividieron en alícuotas de 75ml en botellas de suero de la adición de NaHCO3 y L-cisteína HCl para el pulido y el agente reductor, respectivamente.

Se añadió a las muestras núms. 3, 4, 7, 8, 11, 12, 15, 16, 19, 20, 23 y 24 ( para examinar el efecto de los compuestos derivados del petróleo en la producción de gas microbiano) 750 microlitos de petróleo crudo, una mezcla de, o agua destilada (para el control). Las botellas se sellaron con tapones de caucho gruesos e incubadas anaeróbicamente con N2 o N2-CO2  a 55 ° C sin agitación. Los dos tipos de gases anóxicos se utilizaron para llenar los espacios de cabeza de las botellas para examinar el efecto de la adición de CO2 exógenos sobre la actividad microbial.

Se quería comprobar la compatibilidad entre el proceso de inyección de CO2 EOR y el proceso Meor (es decir, si el CO2 en el Meor y la inyección en los procesos EOR podría ser aplicado en el mismo depósito).

                La producción de CH4 se monitorizó mediante cromatografía de gas, en muestras que en un principio no habían contenido CH4, y que posteriormente, en periodos de 117 a 419 días, todas las muestras mostraron producción activa de este gas.

Resultados 2

A pesar de mostrar pequeñas diferencias en la producción (posiblemente creadas por la diferencia en el número de microorganismo de los diferentes pozos), el O-79 produjo menos con una menor cantidad de microorganismos, en general las muestras con suplemento de extracto de levadura produjeron mayor cantidad de metano y CO2 que las que no contenían el suplemento.

Además no se observó que los gases del espacio superior afectaran a la producción de gas, entendiendo que la adición exógena de CO2 no inhibe a los microorganismos, siendo posiblemente compatible con el modelo de CO2 inyectado del EOR.

Experimento 3

Tras esto se procedió a investigar la diversidad filogenética de las poblaciones microbianas para encontrar las responsables de la mayor producción de gas debido a la suplementación de extracto de levadura. Utilizando las muestras con producción activa tras 419 días de incubación.

Se extrajo el ADN de la población para crear bibliotecas de genes 16S rRNA y parte como plantilla para la PCR. Mediante el paso por el termociclador, la amplificación y posterior purificación y secuenciación de los plásmidos, estos fueron alineados mediante NAST. Posteriormente los arboles filogenéticos se construyeron sobre el modelo de distancia de Tamura-Nei. Se analizaron todas las bibliotecas hasta alcanzar una cobertura de al menos el 95%.

Resultados 3

Los clones representaban tres filotipos únicos pertenecientes a Phylum Euryarchaeota, todos afiliados a los metanógenos e hidrogenotróficos, formadores de metano reduciendo CO2 a CH4 mediante hidrógeno.

Se identificaron Methanoculleus receptaculi, Firmicutes Synergistetes, Thermotogae Coprothermobacteria, Coprothermo bacter proteolyticus y Thermacetogenium phaeum PB.

Particularmente los metanógenos e hidrogenotróficos, Thermacetogenium se relacionan con bacterias oxidantes de acetato, habiendo sido demostrada su mediación cooperativamente en metanogénesis acoplada, lo que sugiere una via contribuyente.

El filo YNB-10 fue comúnmente detectado en todos los suplementados con el extracto de levadura independientemente de los compuestos de petróleo. Los Coprothermobacter no habían sido descritos en estudios previos relacionados con otras bacterias.

Las bacterias Coprothermobacter proteolíticas utilizan los extractos de levadura para producir energía, por lo que la adición de ésta está relacionada con el aumento en la propagación de las bacterias Coprothermobacter, que inicialmente se habían presentado en las aguas en niveles bajos/indetectables.

Las bacterias proteolíticas podrían degradar los sustratos proteínicos en acetato, H2 y CO2 y los productos resultantes serían utilizados por microbios oxidantes de acetato.

Conclusiones

 Ha quedado demostrado pues que el extracto de levadura podría mejorar la producción de gas de microorganismos autóctonos casi agotados, además los resultados sugieren la posibilidad de utilizar otro tipo de sustrato proteico, como aguas residuales, para aumentar la producción.

Las muestras que contenían compuestos de petróleo produjeron más metano que las que no tenían, conteniendo ambas extracto de levadura, quedando claro que los sustratos proteicos mejoran la producción en entornos microbianos donde el crudo está presente.

Por último se observó que la adición de CO2 exógeno no inhibía la producción de gas microbiana, pudiendo ser compatible el método del depósito microbiano MEOR con la inyección de CO2  EOR, y así la unión de estos dos métodos implementar el desarrollo tecnológico y ecológico de EOR.

Palabras clave: Crudo, aguas de formación, MEOR, metano, extracto de levadura, petróleo, microorganismos metanógenos. 

Título original: "Analysis of methane production by microorganisms indigenous to a depleted oil reservoir for application in Microbial Enhanced Oil Recovery". *pincha aquí para acceder al artículo en pubmed*

Autores: Hajime Kobayashi, Hideo Kawaguchi, Keita Endo, Daisuke Mayumi, Susumu Sakata, Masayuki Ikarashi, Yoshihiro Miyagawa, Haruo Maeda, y Kozo Sato.

Publicado en: "Journal of Bioscience and Bioengineering", 2012.

Realizado por los alumnos: Lucía Seguí, Salomé Moreno, Yoel Palazón, Alejandro Sánchez y Raúl Yebana.