S2-BCA08

RECUPERACIÓN MEJORADA DE HIDROCARBUROS VÍA MICROBIANA
A. Muñoz-Colunga*, T. Roldán-Carrillo y P. Olguín-Lora
Instituto Mexicano del Petróleo. Eje Central Lázaro Cárdenas No 152. D.F. México. 07730.
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RESUMEN. En México existen yacimientos agotados, donde la recuperación de crudo residual por métodos
convencionales es incosteable. El declive de nuestras reservas, condiciones climatológicas adversas y la baja
probabilidad de encontrar nuevos campos, son circunstancias oportunas para implementar nuevas tecnologías
en la industria del petróleo. Para ello se propone conocer y utilizar selectivamente a diversos
microorganismos autóctonos con metabolismos de interés que favorezcan las condiciones del crudo o bien de
la roca permitiendo llevar a cabo una extracción económica y eficiente. Nuestra propuesta para desarrollar e
implementar una tecnología de recuperación mejorada de hidrocarburos por vía microbiana (MEOR por sus
siglas en inglés) considera la participación de diversas áreas del IMP y de PEMEX y consiste de las siguientes
etapas: a) caracterización y cultivo de microorganismos extremos aerobios y anaerobios provenientes del
yacimiento de interés; b) cuantificar bioproductos para mejorar la producción de hidrocarburos (dirigir las
rutas metabólicas de interés); c) pruebas en núcleo o medio poroso; d) simulación numérica de núcleo, pozo y
yacimiento. Hemos estimado que existen en el país por lo menos 800 pozos susceptibles de incorporar
MEOR, lo cual significa al menos 3 % de la producción total de PEMEX que actualmente es de 3.3 Mbd
(miles de barriles diarios).
INTRODUCCIÓN La industria petrolera en México tiene un significado estratégico de primera magnitud
que se manifiesta por los niveles de contribución a la economía nacional. La necesidad de satisfacer día con
día una mayor demanda de energéticos ha ocasionado un incremento en la producción de crudo y en
consecuencia una acelerada reducción de las reservas probadas. Para hacer frente a este fenómeno es
indispensable desarrollar e implementar tecnologías ambiental, técnica y económicamente eficientes que
sirvan para mantener o aumentar la producción de aceite de los yacimientos.
EXPLOTACIÓN DE YACIMIENTOS El petróleo no se encuentra distribuido de forma uniforme en el
subsuelo para que se acumule debe ocurrir lo siguiente: una roca impermeable que evite la fuga lateral de
aceite y gas o bien la migración hacia la superficie terrestre o marina; una roca permeable donde el petróleo
pueda moverse a través de los poros microscópicos de la misma. El crudo atrapado en un yacimiento se
encuentra bajo presión; así cuando se perfora un pozo el petróleo se expande hacia la zona de baja presión
creada por el pozo en comunicación con la superficie terrestre. Conforme el pozo se llena de líquido aparece
una presión contraria sobre el depósito; entonces ocurre que el gas natural asociado al yacimiento se expande
en la zona de baja presión y provoca un efecto de dilución en la columna del pozo (gas y petróleo), lo cual
favorece la extracción de crudo.
Al cabo del tiempo la presión del activo disminuye a una magnitud tal que el petróleo ya no llega a la
superficie. Entonces es necesario utilizar tecnologías de recuperación mejorada de petróleo que permitan
aumentar la producción de crudo y extender la vida útil del yacimiento. En nuestro país el factor promedio de
recuperación es de 25% (PEMEX, 2002), mientras que en el resto del mundo es de aproximadamente 50 %
Así más de la mitad de petróleo permanece en los yacimientos después de la recuperación primaria y
secundaria. Entonces es necesario desarrollar y utilizar tecnologías de recuperación terciaria o mejorada.
Actualmente los métodos más ampliamente utilizados de recuperación del crudo residual son la inyección de
gas, agua o adición de compuestos químicos entre otros. Los procesos biológicos representan una buena
alternativa de recuperación terciaria in situ, el fundamento del proceso consiste en favorecer de forma
selectiva la actividad microbiana de organismos extremófilos presentes en los yacimientos, los cuales a través
de su metabolismo producen metabolitos (surfactantes, polimeros o solventes) que sirven para mejorar el flujo
de aceite. También es posible probar con la inyección de nutrientes: fuentes de carbono, N y P, para
favorecer la actividad microbiana del pozo o yacimiento, o bien la adición de microorganismos exógenos con
actividades metabólicas de interés, adaptados a las condiciones específicas y extremas de los yacimientos y
finalmente la aplicación de productos microbianos: enzimas, biosurfactantes y biopolímeros.
ANTECEDENTES
SOBRE
LA
PRESENCIA
DE
MICROORGANISMOS
EXTREMOFILOS EN YACIMIENTOS. Investigaciones recientes demostraron la presencia de
microorganismos (dominios bacteria y arquea) en yacimientos con profundidades desde 500 hasta 2800 m y
temperatura de al menos 75°C. Para ello se colectaron núcleos en contenedores estériles con atmósfera libre
de oxígeno provenientes de una formación geológica en Carolina del Sur EUA (Monasiersky, 1997).
McInerny y Sublette (1997) mencionan que el oxígeno molecular, la temperatura y salinidad son los
principales factores que pueden afectar el desarrollo microbiano en yacimientos.
El tipo de formación geológica y el tamaño de poro de la roca son importantes porque representan una
superficie de contacto para la proliferación de biomasa (Krumholz, 1998). La emanación de gases (CH 4, H2S)
característicos de metabolismo microbiano, del interior hacia el exterior de la tierra es otro factor que permite
presumir la existencia de microorganimos en microambientes del subsuelo.
FUNDAMENTO DE LA IDEA MEOR Ecosistemas con características extremas (yacimientos) pueden
ser colonizados por microorganismos (autóctonos) con estrategias adaptativas particulares y capacidad de
producir metabolitos (surfactantes, solventes y gases), los cuales favorecen el desplazamiento in situ de
hidrocarburos mejorando con ello su recuperación. Entonces el fundamento del proceso consiste en
potenciar de forma selectiva la actividad microbiana de interés.
PLANEACIÓN PARA DESARROLLLO DE LA TECNOLOGÍA Un trabajo como el que aquí se
describe debe ir cumpliendo ciertos hitos para avanzar a la fase siguiente. También ha de generar procesos de
trabajo integrales y mayores sinergias entre los diversos eslabones de la cadena de valor, así como fortalecer
la vinculación y el trabajo conjunto entre el IMP y PEMEX.
PLAN GENERAL DE TRABAJO Obtención de la muestra, proporcionada por PEMEX, las
características a considerar incluyen: formación geológica y tipo de roca del yacimiento, así como: salinidad,
temperatura y presión del mismo. Cultivo de microorganismos, el crecimiento de microorganismos en
laboratorio se realiza utilizando medios de enriquecimiento específicos y mixtos y condiciones de cultivo
similares al medio ambiente del yacimiento del cual proviene la muestra. Bioproductos potencialmente útiles
para mejorar la recuperación de aceite, una vez que se determinen los mejores cultivos de la etapa anterior
se probará su capacidad para producir surfactantes, ácidos, solventes, polimeros y/o gas. Pruebas en núcleo
en condiciones de laboratorio. Los experimentos se llevan a cabo considerando la bioestimulación y
bioaumentación. Los parámetros de respuesta son: crecimiento microbiano, producción de agentes
tensoactivos y gases (e.g, N2, CO2), recuperación del aceite, entre otras. Modelación y simulación del
comportamiento en yacimientos, Ejecución de la tecnología a nivel pozo o yacimiento, Monitoreo y
evaluación de resultados. En la figura 1 se muestra un esquema de las etapas que considera un proyecto de
recuperación mejorada de hidrocarburos.
CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE YACIMIENTOS
Muestras preservadas (agua congénita, agua de inyección,
aceite) provenientes de los yacimientos de interés
Cultivo y caracterización (bioquímica,
micro y fisiologica) de microorganimos
DNA Total
Cuantificación de metabolitos de interés
Pruebas bioestimulación
in situ en núcleo
Cepas extremofilas IMP
Pruebas en núcleos de velocidad de
crecimiento y formación de películas
Modelos Matemáticos
PRUEBAS DE DESPLAZAMIENTO EN NÚCLEOS
Parámetros de sálida
Parámetros de entrada
Características de núcleo
Fisicoquímicos y biológicos
Presión
Temperatura
Producción de inóculos
Salinidad
pH
Modelos teóricos y experimentales
Gases
Aceite
Crecimiento
Metabolitos
Figura 1 Esquema que muestra las etapas y el desarrollo a considerar en un proyecto de recuperación
mejorada de hidrocarburos
BIBLIOGRAFÍA
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Monasiersky, R. “Deep Dwelers Microbes Thrive Far Below Ground”. Science 151 (13) (1997) 192193.
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