La recuperación microbiana mejorada de petróleo ( MEOR ) es una tecnología de base biológica que consiste en manipular la función o estructura, o ambas, de los entornos microbianos existentes en los yacimientos de petróleo . El objetivo final de MEOR es mejorar la recuperación del petróleo atrapado en medios porosos al tiempo que se aumentan los beneficios económicos. [1] [2] [3] [4] [5] MEOR es una tecnología terciaria de extracción de petróleo que permite la recuperación parcial de los dos tercios de petróleo comúnmente residuales, [3] extendiendo así la vida útil de los yacimientos de petróleo maduros.
MEOR es un campo multidisciplinario que incorpora, entre otros: geología , química , microbiología , mecánica de fluidos , ingeniería del petróleo , ingeniería ambiental e ingeniería química . Los procesos microbianos que se desarrollan en MEOR se pueden clasificar según el problema de producción de petróleo en el campo:
- la limpieza del pozo elimina el lodo y otros desechos que bloquean los canales por donde fluye el petróleo;
- la estimulación del pozo mejora el flujo de petróleo desde el área de drenaje hacia el pozo; y
- aumento de las inundaciones de agua mediante la estimulación de la actividad microbiana mediante la inyección de nutrientes seleccionados y, a veces, microbios autóctonos. [6] [1] [2] [3] [4] [5] Desde el punto de vista de la ingeniería, MEOR es un sistema integrado por el reservorio, microbios, nutrientes y protocolo de inyección de pozo. [1]
- Mejorar la recuperación de petróleo de los pozos de petróleo de esquisto horizontales fracturados de múltiples etapas en un yacimiento de petróleo de esquisto no convencional .
Resultados
Hasta ahora, los resultados de MEOR se explican sobre la base de dos fundamentos predominantes:
Incremento de la producción de petróleo . Esto se hace modificando las propiedades interfaciales del sistema aceite-agua-minerales, con el objetivo de facilitar el movimiento del aceite a través de medios porosos . En tal sistema, la actividad microbiana afecta la fluidez ( reducción de la viscosidad , inundación miscible); eficiencia de desplazamiento (disminución de la tensión interfacial , aumento de la permeabilidad); eficiencia de barrido (control de movilidad, taponamiento selectivo) y fuerza motriz (presión del yacimiento).
Reducir el corte de agua. Los microbios autóctonos estimulados por los nutrientes microbianos inyectados crecen rápidamente y bloquean selectivamente las "zonas de ladrones", desvían el agua inyectada para barrer el aceite no barrido.
Los dos racionales antes mencionados se demuestran en un video de Youtube preparado por New Aero Technology LLC .
Relevancia
Varias décadas de investigación y aplicaciones exitosas respaldan las afirmaciones de MEOR como tecnología madura . [1] [3] [5] A pesar de esos hechos, aún existe desacuerdo. [7] Las historias de éxito son específicas para cada aplicación de campo de MEOR, y la información publicada sobre las ventajas económicas de apoyo es, sin embargo, inexistente. A pesar de esto, existe consenso en considerar MEOR como uno de los métodos de EOR más baratos existentes. [1] [3] [5] [7] Sin embargo, existe una oscuridad para predecir si el despliegue de MEOR será exitoso o no. MEOR es, por tanto, una de las futuras áreas de investigación con gran prioridad según lo identificado por el “Grupo de Trabajo de Petróleo y Gas en el Siglo XXI”. [7] Esto se debe probablemente a que MEOR es una tecnología complementaria que puede ayudar a recuperar los 377 mil millones de barriles de petróleo que son irrecuperables por las tecnologías convencionales. [3]
Parcialidad
Antes del advenimiento de la microbiología molecular ambiental , la palabra " bacteria " se utilizaba indistintamente en muchos campos para referirse a microbios no caracterizados, [8] y este error sistemático afectaba a varias disciplinas. Por lo tanto, la palabra "microbio" o " microorganismo " se preferirá de ahora en adelante en el texto.
En la EOR microbiana, solo se estimulan los microbios beneficiosos, como las bacterias reductoras de nitrato (NRB). Las bacterias no beneficiosas como las bacterias reductoras de sulfato (SRB) no se estimulan porque el proceso MEOR solo introduce nitrato en el depósito, pero no sulfato. Mientras tanto, el crecimiento de NRB puede controlar las actividades de SRB, reducir la concentración de H2S. Hasta cierto punto, el proceso MEOR puede recuperar el depósito de agrio a dulce.
Historia
Fue en 1926 cuando Beckam propuso la utilización de microorganismos como agentes de recuperación del aceite remanente atrapado en medios porosos. [1] [2] [3] [5] Desde entonces, se han desarrollado numerosas investigaciones y se han revisado exhaustivamente. [1] [5] En 1947, ZoBell y sus colegas sentaron las bases de la microbiología del petróleo aplicada a la recuperación de petróleo, cuya contribución sería útil para la primera patente MEOR otorgada a Updegraff y sus colegas en 1957 sobre la producción in situ de agentes de recuperación de petróleo como como gases, ácidos, disolventes y biotensioactivos de la degradación microbiana de la melaza. En 1954, se llevó a cabo la primera prueba de campo en el campo de Lisboa en Arkansas, EE. UU. Durante ese tiempo, Kuznetsov descubrió la producción de gas microbiano a partir del petróleo. Desde este año y hasta la década de 1970, se realizaron investigaciones intensivas en Estados Unidos, URSS, Checoslovaquia, Hungría y Polonia. El principal tipo de experimentos de campo desarrollados en esos países consistió en inyectar microbios exógenos. En 1958, Heinningen y sus colegas propusieron el taponamiento selectivo con biomasa producida por microbios. La crisis del petróleo de 1970 despertó un gran interés en la investigación activa de MEOR en más de 15 países. [1] De 1970 a 2000, la investigación básica de MEOR se centró en la ecología microbiana y la caracterización de yacimientos de petróleo. En 1983, Ivanov y sus colegas desarrollaron la tecnología de activación microbiana de estratos. En 1990, MEOR alcanzó un estado tecnológico interdisciplinario. En 1995, una encuesta de proyectos MEOR (322) en los EE. UU. Mostró que el 81% de los proyectos aumentaron con éxito la producción de petróleo y no hubo un solo caso de reducción de la producción de petróleo. [1] Hoy, MEOR está ganando atención debido a su bajo costo (menos de $ 10 por bbl incremental) y bajo requerimiento de CAPEX (el operador no necesita invertir en instalaciones de superficie como químicos tradicionales o CO2 EOR, y puede reducir el número de pozos de perforación de relleno). [9] Varios países indicaron que podrían estar dispuestos a utilizar MEOR en un tercio de sus programas de recuperación de petróleo para 2010. [3] Además, dado que Wall Street, los operadores de petróleo de esquisto y el Departamento de Energía de EE. UU. Se dan cuenta del factor de recuperación extremo del Pozos de petróleo de esquisto de EE. UU. (Menos del 10%), la SBIR de EE. UU. Patrocinó el primer piloto MEOR de pozo de petróleo de esquisto fracturado de múltiples etapas en el mundo en 2018, [10] "Prueba piloto de campo del nuevo proceso biológico EOR para extraer petróleo atrapado de yacimientos no convencionales " , realizado por New Aero Technology LLC .
Ventajas
Existe una gran cantidad de afirmaciones revisadas sobre las ventajas de MEOR. [1] [2] [3] [7] [11] Hay muchas publicaciones en el sitio web www.onepetro.com mantenido por la Sociedad de Ingeniería del Petróleo y otros sitios web o bases de datos . Algunas aplicaciones de campo también las comparten las empresas de microbiología del petróleo .
Las ventajas se pueden resumir de la siguiente manera: [1] [2] [3] [7] [11]
- Los microbios y los nutrientes inyectados son baratos; (La inyección de microbios está desactualizada. La nueva tecnología EOR microbiana no necesita inyectar microbios en el reservorio, solo inyecta nutrientes para estimular los microbios autóctonos [6] ).
- fácil de manejar en el campo e independiente de los precios del petróleo.
- Económicamente atractivo para campos petroleros maduros antes del abandono.
- Aumenta la producción de petróleo.
- Las instalaciones existentes requieren ligeras modificaciones.
- Fácil aplicación.
- Configuración menos costosa.
- Requisito de entrada de energía baja para que los microbios produzcan agentes MEOR.
- Más eficiente que otros métodos EOR cuando se aplica a depósitos de aceite carbonatado.
- La actividad microbiana aumenta con el crecimiento microbiano. Esto es opuesto al caso de otros aditivos EOR en tiempo y distancia.
- Los nutrientes microbianos son biodegradables y, por lo tanto, pueden considerarse respetuosos con el medio ambiente .
Desventajas
Desventajas de MEOR: [7]
- Se favorece el crecimiento microbiano cuando: la permeabilidad de la capa es superior a 20 md; temperatura del yacimiento es inferior a 85 0 C, la salinidad es inferior a 100.000 ppm y la profundidad del depósito es de menos de 3.500 m.
- Los casos recientes demostraron que no hay corrosión durante MEOR según los resultados del monitoreo de campo continuo. Además, los microbios autóctonos estimulados no afectan las cualidades del petróleo crudo y no hay señales de un aumento de microbios en el líquido producido.
Entorno de un depósito de petróleo
Los depósitos de petróleo son entornos complejos que contienen factores vivos ( microorganismos ) y no vivos ( minerales ) que interactúan entre sí en una complicada red dinámica de flujos de nutrientes y energía. Dado que el reservorio es heterogéneo, también lo es la variedad de ecosistemas que contienen diversas comunidades microbianas, que a su vez pueden afectar el comportamiento del reservorio y la movilización de petróleo. [2] [3] [4] [7]
Los microbios son máquinas vivientes cuyos metabolitos , productos de excreción y nuevas células pueden interactuar entre sí o con el medio ambiente, positiva o negativamente, dependiendo del propósito global deseable, por ejemplo, la mejora de la recuperación de petróleo. Todas estas entidades, es decir, enzimas, sustancias poliméricas extracelulares (EPS) [12] [13] y las propias células, pueden participar como catalizadores o reactivos. Esta complejidad aumenta por la interacción con el medio ambiente, que desempeña un papel crucial al afectar la función celular, es decir, la expresión genética y la producción de proteínas.
A pesar de este conocimiento fundamental sobre fisiología celular , sigue siendo inexistente un conocimiento sólido sobre la función y estructura de las comunidades microbianas en los reservorios de petróleo, es decir , la ecofisiología .
El objetivo de MEOR es mejorar la recuperación de aceite de forma continua mediante el uso del proceso metabólico de los microbios beneficiosos autóctonos.
Limitaciones ambientales
Varios factores afectan concomitantemente el crecimiento y la actividad microbianos. [5] En los yacimientos de petróleo, tales limitaciones ambientales permiten el establecimiento de criterios para evaluar y comparar la idoneidad de varios microorganismos. Esas limitaciones pueden no ser tan duras como otros entornos de la Tierra . Por ejemplo, con las salmueras connadas la salinidad es más alta que la del agua de mar pero más baja que la de los lagos salados . Además, presiones de hasta 20 MPa y temperaturas de hasta 85 ° C, en los depósitos de petróleo, se encuentran dentro de los límites de supervivencia de otros microorganismos.
Algunas limitaciones ambientales que crean presiones selectivas sobre los sistemas celulares que también pueden afectar a las comunidades microbianas en los reservorios de petróleo son:
Temperatura
Las enzimas son catalizadores biológicos cuya función se ve afectada por una variedad de factores, incluida la temperatura , que, en diferentes rangos, pueden mejorar o dificultar las reacciones mediadas por enzimas . Esto tendrá un efecto sobre el crecimiento o metabolismo celular óptimo . Tal dependencia permite la clasificación de microbios de acuerdo con el rango de temperaturas a las que crecen. Por ejemplo: psicrófilos (<25 ° C), mesófilos (25–45 ° C), termófilos (45–60 ° C) e hipertermófilos (60–121 ° C). Aunque estas células crecen de manera óptima en estos rangos de temperatura, es posible que no exista una relación directa con la producción de metabolitos específicos .
Presión
Efectos directos
Los efectos de la presión sobre el crecimiento microbiano en las condiciones del océano profundo fueron investigados por ZoBell y Johson en 1949. Llamaron barofílicos a los microbios cuyo crecimiento se incrementó al aumentar la presión. Otras clasificaciones de microorganismos se basan en si el crecimiento microbiano se inhibe en condiciones estándar (piezófilos) o por encima de 40 MPa (piezotolerantes). Desde un punto de vista molecular, la revisión de Daniel [14] muestra que a altas presiones la doble hélice del ADN se vuelve más densa y, por lo tanto, tanto la expresión génica como la síntesis de proteínas se ven afectadas.
Efecto indirecto
El aumento de la presión aumenta la solubilidad del gas , y esto puede afectar el potencial redox de los gases que participan como aceptores y donantes de electrones , como el hidrógeno o el CO 2 .
Tamaño / geometría de los poros
Un estudio ha concluido que se logra una actividad bacteriana sustancial cuando hay interconexiones de poros que tienen al menos 0,2 µ de diámetro. [15] Se espera que el tamaño y la geometría de los poros puedan afectar la quimiotaxis . Sin embargo, esto no se ha probado en condiciones de yacimiento de petróleo .
pH
La acidez de la alcalinidad tiene un impacto sobre varios aspectos en los sistemas vivos y no vivos. Por ejemplo:
Carga superficial
Los cambios en la superficie celular y espesor de la membrana pueden ser promovidos por el pH debido a su ionización poder de incrustados membrana celular proteínas . Las regiones iónicas modificadas pueden interactuar con partículas minerales y afectar el movimiento de las células a través del medio poroso.
Actividad enzimatica
Las proteínas celulares incrustadas juegan un papel fundamental en el transporte de sustancias químicas a través de la membrana celular . Su función depende en gran medida de su estado de ionización , que a su vez se ve fuertemente afectado por el pH .
En ambos casos, esto puede suceder en comunidades microbianas ambientales aisladas o complejas . Hasta ahora , se desconoce el conocimiento sobre la interacción entre el pH y las comunidades microbianas ambientales, a pesar de los esfuerzos de la última década. Se sabe poco sobre la ecofisiología de comunidades microbianas complejas y la investigación aún se encuentra en una etapa de desarrollo. [16] [17] [18]
Potencial de oxidación
El potencial de oxidación (Eh, medido en voltios) es, como en cualquier sistema de reacción, la fuerza impulsora termodinámica de la respiración anaeróbica , que tiene lugar en ambientes con poco oxígeno. Los procariotas se encuentran entre las células que tienen la respiración anaeróbica como estrategia metabólica para la supervivencia. El transporte de electrones tiene lugar a lo largo y a través de la membrana celular (los procariotas carecen de mitocondrias). Los electrones se transfieren de un donante de electrones (molécula que se oxidará anaeróbicamente) a un aceptor de electrones (NO 3 , SO 4 , MnO 4 , etc.). El Eh neto entre un donante y un aceptor de electrones determinados; Los iones de hidrógeno y otras especies presentes determinarán qué reacción tendrá lugar primero. Por ejemplo, la nitrificación es jerárquicamente más favorecida que la reducción con sulfato. Esto permite una mejor recuperación de aceite al desfavorecer el H 2 S producido biológicamente , que se deriva del SO 4 reducido . En este proceso, se desconocen los efectos de la reducción de nitratos sobre la humectabilidad , tensión interfacial , viscosidad , permeabilidad , biomasa y producción de biopolímeros .
Composición de electrolitos
La concentración de electrolitos y otras especies disueltas pueden afectar la fisiología celular. La disolución de electrolitos reduce la actividad termodinámica (aw), la presión de vapor y la autoprotólisis del agua . Además, los electrolitos promueven un gradiente de fuerza iónica a través de la membrana celular y, por lo tanto, proporcionan una poderosa fuerza impulsora que permite la difusión de agua dentro o fuera de las células. En entornos naturales, la mayoría de las bacterias son incapaces de vivir por debajo de 0,95. Sin embargo, algunos microbios del entorno hipersalino , como las especies de Pseudomonas y Halococcus, prosperan a una w más baja y , por lo tanto, son interesantes para la investigación de MEOR.
Efectos inespecíficos
Pueden ocurrir en pH y Eh. Por ejemplo, el aumento de la fuerza iónica aumenta la solubilidad de los no electrolitos ("formación de sal") como en el caso de la disolución del dióxido de carbono , un controlador de pH de una variedad de aguas naturales.
Factores biologicos
Aunque está ampliamente aceptado que la depredación , el parasitismo , el sintrofismo y otras relaciones también ocurren en el mundo microbiano, se sabe poco sobre estas relaciones en MEOR y se han ignorado en los experimentos MEOR.
En otros casos, algunos microorganismos pueden prosperar en ambientes deficientes en nutrientes (oligotrofia) como acuíferos graníticos y basálticos profundos . Otros microbios, que viven en sedimentos, pueden utilizar compuestos orgánicos disponibles ( heterotrofia ). La materia orgánica y los productos metabólicos entre las formaciones geológicas pueden difundirse y apoyar el crecimiento microbiano en ambientes distantes. [19]
Mecanismo
La comprensión del mecanismo MEOR aún está lejos de ser clara. Aunque se ha dado una variedad de explicaciones en experimentos aislados, [1] [2] [3] [5] [7] no está claro si se llevaron a cabo tratando de imitar las condiciones de los yacimientos de petróleo.
El mecanismo se puede explicar desde el punto de vista cliente-operador que considera una serie de efectos concomitantes positivos o negativos que resultarán en un beneficio global:
- Efectos beneficiosos . La biodegradación de moléculas grandes reduce la viscosidad ; la producción de tensioactivos reduce la tensión interfacial ; la producción de gas proporciona una fuerza impulsora de presión adicional; Los metabolitos microbianos o los propios microbios pueden reducir la permeabilidad mediante la activación de vías de flujo secundarias. Las bacterias reductoras de nitrato en crecimiento competirán con los alimentos con las bacterias reductoras de sulfato y generarán nitrito para matar las bacterias reductoras de sulfato, por lo tanto, conquistan las actividades de las bacterias reductoras de sulfato, reducen la concentración de H2S, mitigan la corrosión de fondo de pozo causada por bacterias reductoras de sulfato, bacterias productoras de ácido etc.
- Barre el aceite sin barrer. La reducción de la permeabilidad puede ser beneficiosa debido a la obstrucción biológica si el MEOR se diseña e implementa correctamente. Si no está diseñado y desplegado correctamente, los metabolitos microbianos o los propios microbios pueden reducir la permeabilidad mediante la activación de vías de flujo secundario al depositar: biomasa (obstrucción biológica), minerales (obstrucción química) u otras partículas en suspensión (obstrucción física). Positivamente, la unión de bacterias y el desarrollo de limo, es decir, sustancias poliméricas extracelulares (EPS), favorecen el taponamiento de zonas altamente permeables (zonas de ladrones), lo que aumenta la eficiencia del barrido.
Estrategias
El cambio de la ecofisiología de los yacimientos de petróleo para favorecer el MEOR se puede lograr complementando diferentes estrategias. La estimulación microbiana in situ se puede promover químicamente inyectando aceptores de electrones como el nitrato; melazas, vitaminas o tensioactivos de fácil fermentación . Alternativamente, MEOR se promueve inyectando microbios exógenos, que pueden adaptarse a las condiciones del depósito de petróleo y ser capaces de producir los agentes MEOR deseados (Tabla 1).
Agentes MEOR | Microbios | Producto | Posible aplicación MEOR |
Biomasa, es decir, bandadas o biopelículas | Bacillus sp. | Células y EPS (principalmente exopolisacáridos) | Obstrucción selectiva de zonas agotadas de aceite y alteración del ángulo de humectabilidad |
Leuconostoc | |||
Xanthomonas | |||
Tensioactivos | Acinetobacter | Emulsan y alasan | Emulsificación y desemulsificación mediante la reducción de la tensión interfacial |
Bacillus sp. | Surfactina, ramnolípido , liquenisina | ||
Pseudomonas | Ramnolípidos, glicolípidos | ||
Rhodococcus sp. | Viscosina y trehaloselípidos | ||
Arthrobacter | |||
Biopolímeros | Xanthomonas sp. | Goma xantana | Perfil de inyectividad y modificación de la viscosidad, taponamiento selectivo |
Aureobasidium sp. | Pululano | ||
Bacillus sp. | Levan | ||
Alcaligenes sp. | Curdlan | ||
Leuconostoc sp. | Dextrano | ||
Sclerotium sp. | Escleroglucano | ||
Brevibacterium | |||
Disolventes | Clostridium , Zymomonas y Klebsiella | Acetona, butanol, propan-2-diol | Disolución de rocas para aumentar la permeabilidad, reducción de la viscosidad del aceite. |
Ácidos | Clostridium | Ácidos propiónico y butírico | Aumento de la permeabilidad, emulsificación. |
Enterobacter | |||
Acidogenos mixtos | |||
Gases | Clostridium | Metano e hidrogeno | Presión aumentada, hinchamiento del aceite, reducción de la sección interfacial y viscosidad; aumentar la permeabilidad |
Enterobacter | |||
Metanobacterias | |||
Este conocimiento se ha obtenido a partir de experimentos con cultivos puros y, en ocasiones, con comunidades microbianas complejas, pero las condiciones experimentales están lejos de imitar las que prevalecen en los yacimientos de petróleo. Se desconoce si los productos metabólicos dependen del crecimiento celular , y las afirmaciones a este respecto deben tomarse con cautela, ya que la producción de un metabolito no siempre depende del crecimiento celular. [20]
Biomasa y biopolímeros
En el taponamiento selectivo, las células acondicionadas y las sustancias poliméricas extracelulares tapan las zonas de alta permeabilidad, lo que da como resultado un cambio de dirección de la inundación de agua a canales ricos en petróleo, lo que aumenta la eficiencia de barrido de la recuperación de petróleo con inundación de agua. La producción de biopolímeros y la formación de biopelículas resultante (menos 27% de células, 73-98% de EPS y espacio vacío) se ven afectadas por la química del agua, el pH, la carga superficial , la fisiología microbiana, los nutrientes y el flujo de fluidos. [12] [13]
Biosurfactantes
Los tensioactivos producidos por microbios, es decir, los biotensioactivos reducen la tensión interfacial entre el agua y el aceite y, por lo tanto , se requiere una presión hidrostática más baja para mover el líquido atrapado en los poros y superar el efecto capilar . En segundo lugar, los biosurfactantes contribuyen a la formación de micelas proporcionando un mecanismo físico para movilizar el aceite en una fase acuosa en movimiento. Los compuestos hidrófobos e hidrófilos están en juego y han atraído la atención en la investigación MEOR, y los principales tipos estructurales son los lipopéptidos y los glicolípidos, siendo la molécula de ácido graso la parte hidrófoba. El biosurfactante producido por Pseudomonas putida exhibió una tensión interfacial más alta (51 - 8 mN / m) entre el aceite y el agua, que es necesaria para movilizar el aceite con facilidad [21]
Gas y solventes
En esta vieja práctica, la producción de gas tiene un efecto positivo en la recuperación de petróleo al aumentar la presión diferencial que impulsa el movimiento del petróleo. El metano producido anaeróbicamente a partir de la degradación del aceite tiene un efecto bajo sobre MEOR debido a su alta solubilidad a altas presiones. El dióxido de carbono también es un buen agente MEOR. El CO miscible 2 se condensa en la fase líquida cuando hidrocarburos ligeros son vaporizados en la fase gas . El CO 2 inmiscible ayuda a saturar el aceite, lo que provoca el hinchamiento y la reducción de la viscosidad de la fase líquida y, en consecuencia, mejora la movilización por la presión de conducción adicional. Al mismo tiempo, otros gases y disolventes pueden disolver la roca carbonatada , lo que aumenta la permeabilidad y la porosidad de la roca.
Estudios de campo
Las aplicaciones de campo de MEOR en todo el mundo se han revisado en detalle. [1] [2] [3] [5] Aunque se desconoce el número exacto de ensayos de campo , Lazar et al. [1] sugirió un orden de cientos. Se han realizado con éxito pruebas de campo de MEOR en los EE. UU., Rusia, China, Australia, Argentina, Bulgaria, la ex Checoslovaquia, la ex Alemania del Este , Hungría, India, Malasia, Perú, Polonia y Rumania. [1] [3] [7] Lazar y col. [1] sugirió que China es líder en el área, y también encontró que el estudio más exitoso se llevó a cabo en el campo Alton, Australia (40% de aumento de la producción de petróleo en 12 meses).
La mayoría de las pruebas de campo se realizaron en reservorios de arenisca y muy pocas en reservorios fracturados y carbonatos. [7] Las únicas pruebas de campo en alta mar conocidas se realizaron en Norne (Noruega) y Bokor (Malasia). [7]
Según lo revisado por Lazar et al., [1] la aplicación de campo siguió diferentes enfoques, como la inyección de microorganismos exógenos (inundación microbiana); control de la deposición de parafina; estimulación de microbios autóctonos; inyección de biopolímeros producidos ex situ ; ultramicrobios seleccionados hambrientos (taponamiento seleccionado); taponamiento seleccionado por consolidación de arena debido a biomineralización y taponamiento de fracturas en formaciones carbonatadas; manipulación de nutrientes de microbios reservorios autóctonos para producir ultramicrobios; y culturas de enriquecimiento mixtas adaptadas.
Los resultados de MEOR reportados de los ensayos de campo varían ampliamente. Faltan experimentos controlados rigurosos y pueden no ser posibles debido a los cambios dinámicos en el yacimiento cuando se recupera el petróleo. Además, se desconocen las ventajas económicas de estos ensayos de campo y se desconoce la respuesta a por qué los otros ensayos no tuvieron éxito. No se pueden sacar conclusiones generales porque las características físicas y mineralógicas de los yacimientos de petróleo reportados fueron diferentes. Por tanto, la extrapolación de tales conclusiones es inviable.
La mayoría de los casos de campo exitosos fueron realizados por Glori Energy Inc. en Houston. Tiene historias de éxito en Kansas, California, Canadá, Brasil, etc. Las aplicaciones de campo se pueden encontrar en el sitio web del nuevo propietario de las propiedades intelectuales de Glori .
Modelos
Se ha publicado una gran cantidad de intentos de modelar MEOR. [3] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] Hasta ahora, no está claro si los resultados teóricos reflejan los escasos datos publicados. El desarrollo de modelos matemáticos para MEOR es un gran desafío, ya que es necesario considerar factores físicos, químicos y biológicos.
Los modelos MEOR publicados se componen de propiedades de transporte, leyes de conservación , equilibrio local, ruptura de la teoría de la filtración y esfuerzo físico. [3] [29] [23] [24] [25] [26] [30] Estos modelos son hasta ahora simplistas y se desarrollaron en base a:
(A) Leyes fundamentales de conservación, crecimiento celular, cinética de retención de biomasa y biomasa en fases oleosa y acuosa. El objetivo principal fue predecir la retención de la porosidad en función de la distancia y el tiempo.
(B) Modelo de filtración para expresar el transporte bacteriano en función del tamaño de los poros; y relacionar la permeabilidad con la tasa de penetración microbiana aplicando la ley de Darcy.
La cinética química es fundamental para acoplar la formación de bioproductos a los flujos de especies acuosas y microbios en suspensión. [31] También se han seguido enfoques totalmente numéricos. [22] [32] Por ejemplo, ecuaciones diferenciales parabólicas no lineales acopladas: ecuación de suma para la tasa de difusión de microbios y su captura por medio poroso; ecuaciones de equilibrio diferencial para el transporte de nutrientes, incluido el efecto de la adsorción; y la suposición de la cinética del crecimiento bacteriano basada en la ecuación de Monod .
La ecuación Monod se usa comúnmente en software de modelado, pero tiene un comportamiento limitado por ser inconsistente con la ley de acción de masas que forma la base de la caracterización cinética del crecimiento microbiano. La aplicación de la ley de acción de masas a poblaciones microbianas da como resultado la ecuación logística lineal . Si la ley de acción de masas se aplica a un proceso catalizado por enzimas, da como resultado la ecuación de Michaelis-Menten , de la que se inspira Monod. Esto dificulta las cosas para la producción de biosurfactantes in situ porque se requiere una experimentación controlada para determinar la tasa de crecimiento específica y los parámetros de Michaelis-Menten de la reacción de la enzima limitante de la tasa .
El modelado de la obstrucción biológica es complicado porque la producción del metabolito obstructor está acoplada de manera no lineal al crecimiento de microbios y al flujo de nutrientes transportados en el fluido.
La ecofisiología de todos los microcosmos microbianos en condiciones de reservorio de petróleo aún no está clara y, por lo tanto, no se considera en los modelos disponibles. Los microorganismos son una especie de catalizador cuya actividad (fisiología) depende de la interacción mutua con otros microbios y el medio ambiente (ecología). En la naturaleza, los elementos vivos y no vivos interactúan entre sí en una complicada red de nutrientes y energía. Algunos microbios producen sustancias poliméricas extracelulares y, por lo tanto, su comportamiento en los medios de vertido debe considerar tanto la ocupación del EPS como de los propios microbios. [12] [13] Se carece de conocimiento al respecto y, por lo tanto, el objetivo de maximizar el rendimiento y minimizar los costos sigue sin lograrse.
Faltan modelos realistas para MEOR en las condiciones del yacimiento de petróleo, y los modelos de poros paralelos reportados tenían deficiencias fundamentales que fueron superadas por modelos que consideraban la obstrucción de los poros por microbios o biopelículas, pero tales modelos también tienen la deficiencia de ser bidimensionales. . No se ha probado la utilización de tales modelos en modelos tridimensionales. No está claro si se pueden incorporar al popular software de simulación de campos petrolíferos. Por lo tanto, una estrategia de campo necesita un simulador capaz de predecir el crecimiento y transporte bacteriano a través de una red porosa y la producción in situ de agentes MEOR.
Motivos del fracaso
- Falta un enfoque holístico que permita una evaluación crítica de la economía, la aplicabilidad y el desempeño de MEOR.
- Ningún estudio publicado incluye las características del yacimiento; características bioquímicas y fisiológicas de la microbiota; mecanismos de control y economía de procesos.
- La ecofisiología de las comunidades microbianas que prosperan en los reservorios de petróleo está en gran parte inexplorada. En consecuencia, existe una mala evaluación crítica de los mecanismos físicos y bioquímicos que controlan la respuesta microbiana a los sustratos de hidrocarburos y su movilidad.
- Ausencia de comprensión cuantitativa de la actividad microbiana y escasa comprensión de las interacciones sinérgicas entre elementos vivos y no vivos. Los experimentos basados en cultivos puros o enriquecimientos son cuestionables porque las comunidades microbianas interactúan sinérgicamente con minerales, sustancias poliméricas extracelulares y otros factores fisicoquímicos y biológicos del medio ambiente.
- Falta de cooperación entre microbiólogos, ingenieros de yacimientos, geólogos, economistas y operadores propietarios; [1] datos pertinentes del yacimiento incompletos, en fuentes publicadas: litología , profundidad, espesor neto, porosidad, permeabilidad, temperatura, presión, reservas, propiedades del fluido del yacimiento (gravedad del petróleo, salinidad del agua, viscosidad del petróleo, presión del punto de burbuja y formación de petróleo -factor de volumen), datos EOR específicos (número de pozos de producción e inyección, potencial de recuperación incremental mencionado por el operador, tasa de inyección, producción mejorada diaria calculada y total), potencial de recuperación incremental calculado durante el tiempo informado.
- Comprensión limitada de la economía del proceso MEOR y evaluación inadecuada del potencial técnico, logístico, de costos y de recuperación de petróleo.
- Evaluaciones del ciclo de vida de desconocidos . Impacto ambiental desconocido
- Falta de relaciones cuantitativas demostrables entre el desempeño microbiano, las características del reservorio y las condiciones de operación.
- Inconsistencia con el desempeño in situ; factor de recuperación de petróleo final bajo; incertidumbre sobre el cumplimiento de los criterios de diseño de ingeniería mediante procesos microbianos; y una aprensión general sobre el proceso que involucra bacterias vivas.
- Falta de experimentos controlados rigurosos, que están lejos de imitar las condiciones de los depósitos de petróleo que pueden tener un efecto sobre la expresión génica y la formación de proteínas.
- Se desconoce la caracterización cinética de las bacterias de interés. La ecuación de Monod se ha utilizado indebidamente en general.
- Falta de modelos matemáticos estructurados para describir mejor MEOR.
- Falta de comprensión del mecanismo de recuperación de aceite microbiano y modelos matemáticos deficientes para predecir el comportamiento microbiano en diferentes reservorios. [7]
- Tensioactivos: biodegradables, eficacia afectada por temperatura, pH y concentración de sal; adsorción sobre superficies rocosas.
- Soluciones económicas inviables como la utilización de enzimas y microorganismos cultivados.
- Difícil aislamiento o ingeniería de buenas cepas candidatas capaces de sobrevivir al entorno extremo de los depósitos de petróleo (hasta 85 ° C, hasta 17,23 MPa). [3]
Tendencias
- Remedia el daño de formación causado por los aditivos de fluidos de fracturación química en yacimientos de gas y petróleo de esquisto no convencionales. [10]
- Tape las zonas de alta permeabilidad cercanas al inyector y optimice el perfil de inyección.
- Dispersión de componentes necesarios para el objetivo.
- Mitigación de la actividad secundaria no deseada debido a procesos redox competitivos como la reducción de sulfatos, es decir, control del amargor, control de la corrosión inducida microbiológicamente.
- Eliminación de parafinas microbianas.
- Eliminación de daños microbianos en la piel.
- Inundaciones de agua, donde la fase de agua continua permite la introducción de MEOR.
- La estimulación de un solo pozo, aquí el bajo costo hace que MEOR sea la mejor opción.
- Estrategias de taponamiento selectivo.
- Microorganismos MEOR diseñados genéticamente capaces de sobrevivir, crecer y producir metabolitos a expensas de nutrientes y sustratos baratos.
- Aplicación de extremófilos: halófilos, barófilos y termófilos.
- Modelado de redes neuronales artificiales para la descripción de procesos MEOR in situ.
- Competencia de microbios exógenos con microflora autóctona, sin conocimiento de la actividad microbiana.
Referencias
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enlaces externos
- 1. Recuperación de aceite mejorada microbiana de KTP (MEOR)
- 2. Organización de Investigaciones Científicas e Industriales del Commonwealth
- 5. Instituto de Investigación de la Industria del Petróleo