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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
PERSONAL AND CONFIDENTIAL
• 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
PERSONAL AND CONFIDENTIAL
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 H2S 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
Bacterias de hierro en charco
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
Grand Prismatic Spring deYellowstone National Park
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
Grupo de células de Halobacterium sp.
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) Biopelícula Staphylococcus aureus
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 Fuente de la imagen: Departamento de EE.UU. de Programas de Genomas Energéticos
¿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)
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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
InfluencedCorrosion, Gregory Kobrined1993
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=Pin
Biopelícula
Granos
Obstrucción Cambio en la
capacidad de humedad
Cuellos de poros,
cuerpos de poros
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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
Agentes de sostén hidrofóbicos
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
Fuente de la imagen: Scielo (Brasil)
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)
Ap
par
ent
Vis
cosi
ty (
cPs)
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
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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
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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
Fuente de la Imagen: 3M
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 – LPR, ECN, EIS
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.
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¡Muchas gracias!
Debora Fumie Takahashi, PhD en Microbiología
Especialista en Aplicaciones de Clientes LA
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