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REPUBLICA BOLlVARlANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULlA
FACULTAD DE INGENIER~A DIVISI~N DE POSGMDO
AREA: INGENIER~A DE PETR~LBO
ANÁLISIS DE LA INYECCIÓN ALTERNADA DE IMICROORGANISMOS EN EL YACIMIENTO LGINF-OS, COMO MÉTODO DE WECUPEMCIÓN MEJORADA DE
PETRÓLEO
TRABAJO PRESENTADO ANTE hA ILUSTRE UNIVERSIDAD DEL ZULIA PARA OPTAR EL T~WLO DEI
MAGlSTER SClEldTlARUM EN INGENER~ DE PETMLEO
AUTOR: GUSTAVO J. MÚMEZ L. TUTOR: JOSÉ U. COLINA
Dedico este trabajo a:
Dios Todopoderoso; por ser rrii gran
amigo y apoyo en todo momento, nunca
me desampara.
Marys Luz y Danilo: mis queridos padres.
Robertina y Carrero: mis abuelos.
Carolina: mi bella y adorada hermana,
apoyo en las buenas y en las malas.
Darianna, Augusto y Fabiana:: mis bellos
y queridos sobrinos.
Mis amigos y Compañeros de trabajo.
Agradecimiento
AGRaDEClMlENTO
Doy gracias al Señor Dios Todo Poderoso, ya que es justo y necesario y es mi guía
espiritual, el cual no me desarripara y me apoya en los tiempos buenos ,y malos.
Un especial agradecimiento al Profesor José Udon Colina; fundador de la escuela
de Ingeniería de Yacimientos de Lagoveri por haberme brindado la opcirtunidad de
formar parte de su escuela y adquirir en ella tantos conocimientos. Su enseñanza
tanto académica como humanística son de valor incalculable.
Igualmente deseo expresar rni agradecimiento a los profesores que impartieron sus
enseñanzas en el posgrado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del
Zi~lia, sobre todo a Jorge Barrientos y Américo Perozo, jurado de este trabajo. Así
como también a aquellas personas que de una u otra manera interviriieron en la
realización y culminación de este trabajo, a todas ellas muchas gracias.
Resume 1
RESUMEN
En este trabajo se presentan los resultados de la inyección de
microorganismos (bacterias) en más de 300 estimulaciones realizadas en 163 pozo:;
productores de petróleo ubicados en el Lago de Maracaibo, pertenecientes al
yacimiento LGINF-05, de edad Mioceno y crudo mediano de gravedad promedio
25,T0 API, profundidad 3.600 pies, permeabilidad absoluta de 2.0 Darcies v
porosidad promedio de 30%. La inyección se realiza con una barcaza
autopropulsada, en volúmenes y concentraciones variables, después de lo cual el
pozo es cerrado por espacio de 5 a 10 días, para permitir la incubacióii y migracióri
de las bacterias dentro de la formación, y luego es abierto nuevamente a producción.
Los microorganismos. una vez dentro del yacimiento, generan bioproducto!;
como resultado de sus procesos metabólicos, tales como solventes, ácidos débiles,
gases (CO,), surfactantes (tensoactivos) y polímeros, que contribuyen a mejorar la
movilidad del crudo frente al agua y por tanto, a incrementar las tasas cle produccióii
y el factor de recuperación de crudo.
Los resultados han mostrado un éxito de 65% con incrementos en las tasa:;
de producción variables entre 25 y 300 BPD por pozo. Los análisis muestran que 10:;
mejores resultados se presentan en yacimientos con alta presión (gradiente mayor ;a
0.3 Ipclpie), con cortes de agua moderados (10-60%) y con niveles de reservals
asociadas por recuperar.
La aplicación de esta tecnología ha permitido obtener, durante el lapso que vi3
desde mediados de 1996 hasta finales de 1998, una volumen de petróleo de 2.0.3
MMBls en el yacimiento LGINF-05, probando ser de elevada rentabilidac.
Actualmente, es utilizada como un tratamiento convencional en pozos de este
yacimiento.
Contenido --
CONTENIDO
APROBACIÓN DEL JUMDQ
DEDICATORIA
AGMBBCSMIENTO
RESUMEN
LISTA DE TABLAS
LISTA DE FIGURAS
. r 1 . l . Introduccion.. .................................................................................... .2
1.2. Objetivo del estudio.. ............................................................................ 4
1.2.1. Objetivo General.. ...................................................................... .4
1 2.2. Objetivos Específicos.. ................................................................ -4
2.1 . Antecedentes.. ................................................................................... .2
2.2. Generalidades acerca de los microorganismos.. ........................................ 8
2.3. Ciclo de desarrollo de cultivos microbiológicos.. ...................................... .l O
2.4. Recuperación Mejorada de Petróleo con microorganismos.. ....................... 13
2.5. Estimulación de pozos con microorganismos.. ......................................... 19
2.6. Fisiología de las bacterias en el yacimiento.. .......................................... .22
2.6.1 . Potencial de óxido-reducción ...................................................... .22
2.6.2. Temperatura.. .......................................................................... -23
Contenido
Pig .
.............................................................................. 2.6.3. Acidez (pH) -23
.................................................................................. 2.6.4. Salinidad -24
....................................................................... 2.6.5. Metales Pesados 25 . . .................................................................................... 2.6.6. Presion -25
............................................................. 2.6.7. Organismos Endógenos -26
2.7. Influencia de parámetros fisicoquimicos del yacimiento sobre los
..................................................................................... rriicroorgarrismos -29
2.8. Limitaciones de la acción microbiana en el yacimiento .............................. -30
................................... 2.9. Dispersión de las bacterias a través del yacimiento 32
2.10. Interacción de las bacterias con el yacimiento ........................................ 34
2.1 1 . Metabolismo bacteriano en el yacimiento .............................................. 35
2.12. Experiencia de campo en Recuperación Mejorada con
..................................................................................... Wlicroorganismos -37
2.13. Experiencias de laboratorio en Recuperación Mejorada . con
.................................................................................... Microorganismos -41
2.14. Estimulación de pozos con Microorganismos en la Unidad de Explotación Tía
............................................................................................ Juana Lago 46
.......................................... 2.14.1 . Productos Microbiológicos utilizados 46
2.14.2. Descripción del proceso de inyección de microorganismos ............. 48
2.14.2.1. Selección de pozos para la estimulación ........................ 48
2.14.2.2. Preparación de los pozos para la inyección de
................................................................... microorgariismos -50
2.14.2.3. Inyección de microorganismos en los pozos ................... 51
2.14.2.4. Evaluación de los resultados de la estimulación .............. 53
......................................................................... Referencias Bibliográficas 57
Contenido -
Páig .
CAPITULO III
MARCO METODOLOGIGO
3.1. Evaluación de las campañas de Estimulación con microorganismoi; en la U.E.
Tía Juana lago .......................................................................................... 2
3.1.1. Tipos de respuesta a la estimulación con
microorganismos.. .............................................................................. .2
3.1.2. Primera fase de evaluación.. ........................................................ .6
3.1.3. Segunda fase de evaluación: Análisis de
Laboratorio.. ...................................................................................... ..9
CAP~TLOLO IV
MARCO EXPERIMENTAL
4.1. Cromatografía de gases.. ..................................................................... .2
4.2. Análisis de compuestos volátiles.. .......................................................... .3
4.3. Prueba de Viscosidad.. ........................................................................ .4
4.4. Medición de Tensión Interfacial.. ........................................................... .6
4.5. Cultivo Microbiano.. ............................................................................ .6
4.5.1. Primer Aislamiento.. .................................................................... .7
4.5.2. Segundo Aislamiento.. ................................................................ ..7
4.5.3. Tercer Aislamiento.. ..................................................................... .8
CAP~TULO v DESCRIPCIÓN DEL YACIMIENTO
5.1. Datos Básicos del Yacirniento.. ............................................................. .2
Contenrdo P
Páig .
CAP~TLILO Vi
RESULTADOS
CAPITULO VII
DISCUSIÓN DE LOS RESLILTADOS
................................................................ 7.1. Resultados de la primera fase 2
..................... 7.1 . 1. Distribución de las estimulaciones por tipo de respuesta 2
......................... 7.1.2. Distribución de las estimulaciones según la empresa 2
7.1.3. Distribución del radio de penetración ............................................... 3
7.1.4. Distribución del control de reductores .............................................. 4
................................................... 7.1.5. Distribución del espesor de arena 4
............................................................ 7.1.6. Distribución de la porosidad 5
7.1.7. Distribución de las respuestas según el tipo de estimulación ................. 5
7.1.8. Análisis del comportamiento de producción de los pozos después de la
........................................................................................ estimulación 6
7.1.9. Análisis de los resultados de acuerdo a las características del
.......................................................................................... yacimiento 7
............................................................. 7.2. Resultados de la segunda fase 10
7.2.1. Cromatografia de gases .............................................................. 11
................................................................................ 7.2.2. Viscosidad 12
7.2.3. Volátiles ................................................................................... 14
7.2.4. Tensión Interfacial ...................................................................... 15
7.2.5. Tipificación de los microorganismos ............................................... 15
................................................................................ 7.2.6. Prodi~cción 16
7.2.7. Evaluaciones y Ensayos Microbiológicos ......................................... 17
Contenido -
PBg.
CAP/'FULO VI~I
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8.1 . Conclusiones.. .................................................................................... -2
8.2. Recomendaciones.. ............................................................................ .3
ANEXOS
ARTICULO TÉGNICO
tiste de Tablas
LISTA DE TABWS
1 . Géneros bacterianos comúnmente utilizados en MEOR.. ............................ .17
2. Efectos de los bioproductos sintetizados por las bacterias utiliizadas en
................................................................................................ MEOR.. -18
3. Principales aplicaciones de MEOR.. ...................................................... ..19
4. Productos de Microbac utilizados en la U. E. Tía Juana Lago ........................ 47
5. Selección de pozos candidatos a estimulación con microorganismos.. ......... ..49
CAP~TULO v DESCRBPCIÓN DEL YACIMIENTO
.............................................................. 1. Datos Básicos del Yacimiento ..4
CAP~TULO VI
RESULTADOS
.................................................. 1. Base de datos de los pozos estimulados 2
2. Base de datos para los pozos con respuesta favorable ............................. ..8
3. Base de datos de los pozos con respuesta desfavorable.. ......................... .ll
Lista de Tablas
Phg.
CAP~TULO VII
D ISCUS~~N DE LOS RESULTADOS
1. Distribución de respuesta al tratamiento de acuerdo al punto de inicio,.. .......... 7
Lista de figuras
LISTA DE F IGUMS
Pág.
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
1. Ciclo de desarrollo bacteriano por fisión celular.. ....................................... .10
2. Curva de crecimiento de los microorganismos.. ......................................... 11
3. Esquema de evaluación de pozos, después de haber sido estimulados con
bacterias.. ........................................................................................ .55
CAP~TULO III
MARCO METODOLÓGICO
1. Respuesta típica a la estimulación con microorganismos .............................. . 3
2. Ilustración de la respuesta Tipo l... ......................................................... ..4
3. Ilustración de la respuesta Tipo II ........................................................... ..4
4. Ilustración de la respuesta Tipo 111.. ......................................................... .5
5. Ilustración de la respuesta Tipo IV ........................................................... .5
6. Ilustración de la respuesta Tipo V ............................................................ .5
CAP~TLILO IV
MARCO EXPERIMENTAL
1. Horno para Análisis de Compuestos de Volátiles.. ...................................... .4
2. Viscosímetro Digital Brookfield ............................................................... .5
Lista de figuras
Pág . CAPITULO v DESCWIPCIÓN DEL YACIMIENTO
......................................................... 1 . Ubicación del Yacimiento LGINF.05 5
................................. 2 . Comportamiento de Presión del Yacimiento LGINF-05 6
................................................ 3 . Mapa Estructural del Yacimiento LGINF-05 7
CAP~PULO VI
RESULTADOS
1 . Distribución de los pozos estudiados ....................................................... 13
2 . Distribución de las estimulaciones en los pozos estudiados ......................... 13
3 . Distribución de las estimulaciones según el tipo de respuesta ...................... 14
4 . Distribución de las estimulaciones según la Empresa ................................. 14
5 . Distribución de las respuesta según la Empresa ........................................ 15
6 . Distribución de respuestas para la Empresa Microbac ................................ 16
7 . Distribución de respuestas para la Empresa Atech .................................... 16
8 . Distribución de respuestas en el yacimiento LGlhlF-05 .................. . . . . . . . . . . . . . 16
9 . Distribución del volumen de agua en las estimulaciones .............................. 17
10 . Distribución de volumen de agua según el tipo de respuesta ........................ 17
11 . Distribución del radio de penetración en las estim~ilaciones ......................... 18
12 .Distribución del radio de penetración según el tipo de respuesta ... . . . . . . . . . . . . . . . 18
13 . Distribución del tiempo de cierre en las estimulaciones ............................... 19
14 .Distribución del tiempo de cierre según el tipo de respuesta ........................ 19
........................ 15 .Distribución del control de reductores en las estimulaciones 20
..................... 16 .Distribución del control de reductores según tipo de respuesta 20
Lista de figuras
Pág .
17 . Distribución del espesor de arena en las estimulaciones ............................. 21
18 .Distribución del espesor de arena según el tipo de respuesta ...................... 21
19 . Distribución de la porosidad en las estimulaciones .................................... 22
20 .Distribución de la porosidad según el tipo de respuesta .............................. 22
21 . Distribución de las estimulaciones según su tipo ...................................... 23
22 . Distribución de las respuestas según el tipo de estimulación ........................ 23
23 .Distribución de N-alcanos en el crudo del pozo TJ-238 .............................. 24
24.Viscosidad en el crudo del pozo TJ-238 ................................................... 24
25 .Cantidad de volátiles en el crudo del pozo TJ-238 ..................................... 25
26 . Producción del pozo TJ-238 .................................................................. 25
27 .Distribución de N-alcanos en el crudo del pozo LL-1109 ............................. 26
28.Viscosidad en el crudo del pozo LL-1109 ................................................. 26
29 .Cantidad de volátiles en el crudo del pozo LL-1109 .................................... 27
30 . Producción del pozo LL-1109 ............................................................... 27
31 .Distribución de N-alcanos en el crudo del pozo LL-3520 ............................. 28
32.Viscosidad en el crudo del pozo LL-3520 ................................................. 28
33.Cantidad de volátiles en el crudo del pozo LL-3520 .................................... 29
34 .Producción del pozo LL-3520 ................................................................ 29
35 . Medición de la tensión interfacial en pozos del yacimiento LGINF-05 ........... 30
36.Tensión interfacial crudo LL-588, ALM (1, 6 % de KCL) ............................... 30
37.Tensión interfacial crudo LL-3507, ALM 1, 6% de KCL ................................ 31
38.Análisis de la muestra de crudo del pozo LL-3507 + muestra de Micirobac (70%
PBS + 30% CB) 50000 PPM ................................................................. 31
39.Análisis cromatográfico de la muestra de crudo del pozo LL-3507 + muestra de
Microbac (70% PBS + 30% CB) 50000 PPM ............................................ 32
40.Análisis de la muestra de crudo del pozo LL-588 + muestra de Mic:robac (70%
PBS + 30% CB) 50000 PPM ................................................................ 32
m Pág.
41 .Análisis cromatográfico de la muestra de crudo del pozo LL-588 + rnuestra de
Microbac (70% PBS + 30 % CB) 50000 PPM ............................................ 33
42.Resultados de los análisis de laboratorio en medios de cultivo de los
bioproductos comerciales de Microbac.. ................................................. .34
43.Comportamiento de producción de los pozos estimulados con bacterias en el
yacimiento LGINF-05.. ........................................................................ .35
44. Comportamiento de presión en el yacimiento LGINF-05 .......................... ..36
45. Mapa de calidad de fluidos del yacimiento LGIMF-05 ................................. 37
46. Medio de cultivo HAF con disolución de petróleo biocornpatible.. ................ .38
47. Medio de cultivo Agar Nitrato con disolución de petróleo biocompatible.. ...... .38
Existen varios mecanismos a través de los cuales los wiicroorganismos y sus
metabolitos (bioproductos) mejoran la recuperación de crudo. La gener(ación de los
bioproductos, tales como solventes, ácidos débiles, gases, surfactantes y polimeros,
ayudan en la recuperación de aquel crudo que es demasiado viscoso para fluir,
utilizándose como una buena alternativa en la obtención del crudo residual en
yacimientos maduros y agotados. De igual manera, los bioproductos ayudan en la
disminución/eliminación de depósitos orgánicos (fracciones pesadas de crudo) e
inhibiendo la depositación de productos inorgánicos (carbonatos). En el caso de la
extraccion de crudo por medio de la inyección de agua, los bioproductos que ejercen
acción son los solventes y los surfactantes, que contribuyen a mejorar la eficiencia
de barrido.
Los microorganismos son organismos unicelulares, sin estructura esquelética,
que viven en todos los ambientes del planeta y que contribuyen, con su acción, a
biodegradar la materia. Diversos géneros han sido seleccionados, cultivados e
inyectados a los yacimientos, biodegradando algunos componentes hidrocarburos y
mejorando la movilidad del petróleo en la formación. Los efectos que producen se
manifiestan principalmente mediante la producción de solventes y surfactantes
naturales que disminuyen la tensión interfacial agua-petróleo y la tensicm superficial
roca-petróleo, reduciendo las presiones capilares en el espacio poral, lo cual permite
el mejoramiento de la movilidad del crudo con respecto al agua, al cambiar de
favorablemente mojada por crudo, a preferencialmente mojada por agua. La
generación de CO, que se disuelve en el crudo reduce su viscosidad 13 incrementcl
levemente la presión. Adicionalmente, se produce desplazamiento físico debido a la
elevada tasa de reproducción de los microorganismos dentro de la formación. Lsi
respuesta a este proceso es el incremento en el factor de recobro (efecto dentro del
yacimiento) y la eliminación o reducción del daño de formación (efecto en la cercanía
del hoyo), mejorando la productividad del pozo y extendiendo de esta manera, sal
lntroduccidn - vida productiva.
Este trabajo describe los resultados obtenidos hasta 1998, en inás de 300
estimulaciones realizadas en 163 pozos productores de petróleo ubicados en el Lago
de Maracaibo, operados en el Distrito Tia Juana, PDVSA, Exploración y Producción,
Región Occidente. Pertenecientes al yacimiento LGINF-05, de edad Mioceno,
compuesto por la formación Lagunillas Inferior y La Rosa y con un crudo mediano de
gravedad promedio 25,7" API. Su profundidad promedio es 3600', permeabilidad
absoluta de 2.0 Darcies y porosidad promedio de 30%.
El propósito de la inyección de inicroorganismos en este yacimiento fue
incrementar la tasa de producción y la recuperación de petroleo, como método de
recuperación mejorada de petróleo, siendo ésta una alternativa tecnológica efectiva
y rentable.
Desde el punto de vista técnico, no existe razón alguna para que la misma no
sea efectiva. Básicamente, esto se debe a que en la actualidad se conocen en gran
parte los mecanismos involucrados en la recuperación mejorada con
microorganismos, así como los criterios de selección de pozos y yacimientos
candidatos para su aplicación. Sin embargo, existen ciertos aspectos inherentes a
esta técnica que, si no se toman en cuenta adecuadamente, pueden ser
perjudiciales para su aplicación exitosa en un yacimiento en particular. En la Unidas1
de Explotación Tia Juana Lago, los aspectos desfavorables que se hain observadc~
desde el inicio de la aplicación de la técnica están relacionados, en prirrier lugar, cori
la evaluación y el seguimiento inadecuados de los pozos antes y dc?spués de 121
aplicación de los microorganismos; en segundo lugar, con la escasa cziracterizacióri
del efecto de los microorganismos sobre las propiedades de los crudos tratados; Ir
finalmente, con la dosificación de los rriisrnos por parte de las compañías
proveedoras. Por esto, las evaluaciones realizadas hasta la fecha han recomendado
Introducción - caracterizar globalmente los resultados obteriidos mediante este proceso con la
finalidad de mejorar su aplicación y garantizar mayores niveles de éxito en el futuro.
l.2.OBJETlVOS DEL ESTUDIO
1.2.1. OBJETIVO GENERAL
Caracterizar y evaluar el proceso de recuperación mejoracla de crudo
con microorganismos llevado a cabo en la Unidad de Explotación Tía Jiiana Lago en
el yacimiento LGINF-05 desde el año 1996 hasta 1998, rnediants el empleo de toda
la información de campo disponible cljn la finalidad de elab~rar i:na basz de datos
estadística, soportada con pruebas de laboratorio, que perinita orisntar Ici aplicacihn
de esta técnica hacia la obtención de mayores grados de éxito.
1.2.2. OBJETIVOS ESPEC~FICBS
Analizar los factores claves del proceso de estimulación con rnicroorganismos,
mediante la recopilación y revisión de las actividades realizadas eri los pozos
estimulados en la U.E. Tía Juana Lago.
e Determinar los factores de éxito del proceso de estimulación con
microorganismos, en cuanto a las características del yacimientos, procedimiento
operacional y compañías proveedoras de microorganismos.
Coordinar y ejecutar una prueba piloto con la finalidad de realizar el sieguimiento,
control y estudio del proceso de recuperación mejorada con microorganismos,
Introduccrón
mediante pruebas de laboratorio que permitan observar el efecto de los
microorganismos sobre las propiedades fisicoquimicas del crudo.
Recomendar nuevos parámetros para la aplicación y evaluación del1 proceso de
estimulación con rriicroorganismos.
t%#8lW Teórico
2.1. ANTECEDENTES
El concepto de la utilización de microorganismos para promover la
recuperación de petróleo de formaciones subterráneas se remanta a más de sesenta
años atrás, hacia 1926, cuando el científico Beckman' señaló la posibilidad de que
un cultivo de bacterias productoras de enzimas pudiesen cambiar la viscosidad y
gravedad del petróleo residual dentro de un yacimiento para provcicar así su
movilización. Sin embargo, la primera demostración práctica de la factibilidad de tal
concepto ocurrió en la década de los cuarenta. Una investigación apoyada por el
Arnerican Petroleurn lnstitute y conducida por C.E. Zobell en el Scripps
Bceanographic Institute, demostró que bacterias sulfato-reductoras ianaeróbicas
podían liberar bitumen de las arenas petrolíferas del campo Athabasm, así como
petróleo residual proveniente de columnas de prueba a escala de laboratorio. El 17
de Marzo de 1944 se registro en los EE.UU. una patente con la descripción de un
proceso microbiano mediante el cual se podía recuperar petróleo debido a la
actividad microbiana en el yacimiento2. Se identificaron seis mecanismos potenciales
de liberación de petróleo:
Producción de ácidos para disolver las rocas formadas por carbonatos.
Disolución de sulfatos minerales.
Producción de gases para represurizar el yacimiento y desplazar al
petróleo fuera de los espacios porales.
Desarrollo de biopelículas sobre superficies sólidas para promover el
desplazamiento físico del petróleo.
Disminución de la visccssidad relacionada con cambios de composición
en el petróleo o con efectos de disolución de gases.
Marco T&rlcc p-.
Varias compañías petroleras norteamericanas se interesaron en estas ideas
iniciales, y la primera prueba de campo fue realizada en 1954 por Socony Mobil en el
campo bisbon, en el Condado Union, Arkansas. Para esta fecha, las bacterias
sulfato-reductoras ya habían sido sustituidas por ser agentes potencialmente
peligrosos y poco efectivos, debido a su capacidad para producir sulfuro de
hidrógeno (H,S), sulfurar los yacimientos, crear taponamientos por formación de
sulfuro de hierro e inducir la corrosión. La reconsideración de los nnecanismos
propuestos originalmente condujo a la utilización de la especie Clostridium
acetoibutylicum, capaz de fermentar melazas para producir cantidades abundantes
de gas y ácidos orgánicos junto con solventes y surfactantes, bajo condiciones de
yacimiento3. Este fue el primer ejemplo de una de las estrategias primarias para el
mejoramiento de la recuperación de petróleo, la utilización de micrc~organismos
inyectados como fábricas subterráneas para convertir un substrato en agentes
recuperadores de petróleo in sitw, tales como gases, surfactantes, solventes y
ácidos. Se demostró que esta estrategia podía funcionar como una herramienta de
mejoramiento de la producción dentro del contexto de una operación continua de
inyección de agua en un yacimiento objetivo apropiado. Mientras que la prueba en el
campo bisbon resultaba exitosa, el interés de los norteamericanos por tecnologías
exóticas de recuperación mejorada de petróleo (EOR, del inglés Euíhanced Oil
Recovery) desaparecía rápidamente ante la presencia de reservas sustanciales de
petróleo barato.
En las dos décadas siguientes, la recuperación me.iorada de petróleo con
microorgariismos (MEOR, del inglés Microibial Enhanced Oil Recovery) se aplicó
activamente en la Unión Soviética y en varios países de Europa Orieni.al. En 1955,
La Riviere4 correlacionó la liberación de petróleo con la disminución cle la tensión
superficial, mediante experimentos de laboratorio con cultivos de bacterias sulfato-
reductoras de crecimiento rápido. Aunque este trabajo fue criticado severamente por
Merco Tsólim
Updegrav, posteriormente se reportaron observacianes siniilares en
Checoslovaquia. Se observó un crecimiento rápido de las sulfato-reduictoras, con
incrementos en la liberación de petróleo en pruebas de campo que utilizaron cultivos
bacterianos mezclados y melazas6. En ausencia de otros mecanismos: se asumió
que los surfactantes facilitaron la liberación de petróleo. Estos tratamientos
condujeron usualmente a una declinación final de la producción, posiblemente
debida a efectos de taponamiento.
Entre 1966 y 1970 se llevaron a cabo pruebas de campo en olros lugares
de Hungría, Polonia, Rumania y la U.R.S.S., basadas en la inyección de cultivos
anaeróbicos mezclados incluyendo el género Clostridia. Estos cultivos fueron
seleccionados por su capacidad para producir los tipos de agentes icientificados
previamente por Socony Mobil, a partir de la fermentación de las melazas
inyectadas. Muchas de estas pruebas, especialmente las ejecutadas en 13010nia por
Karaskiewicz, fueron estimulaciones individuales de pozos basadas en la inyección
del sistema microbiano, un período de cierre del pozo, seguido de la puesta en
producción. El análisis de los resultados demostró que los gases, ácidos, solventes y
surfactantes producidos por la fermentación en la región cercana al pozo estimularon
la producción a través de una acción de limpieza7. La utilización de ii?yecciones
pequeñas para estimular la producción de pozos individuales se utiliza
comercialmente en la actualidad.
En 1958, Von Heiningen8 sugirió otro objetivo para la reczuperación
rnejorada de petróleo con microorganismos. Este grupo propuso el mejorzamiento de
la recuperación a partir de operaciones de inyección de agua, mediante la
.~roducción in situ de biopelículas de polisacáridos a partir de un sistema inicrobiano
inyectado basado en melazas. Era razonable pensar que la solución bacteriana
inyectada y los nutrientes penetrarían preferentemente en las zonas acuosas más
~iermeables, previamente barridas y libres de petróleo, y producirían biopelículas en
las mismas. Esto resultaría en una pérdida de permeabilidad localizada y desviaría el
flujo de agua hacia las zonas no barridas anteriormente. Se reportó un mejoramiento
sustancial de la recuperación en la operación de inyección de agua. Ahora, el
taponamiento selectivo ha sido reconocido como un mecanismo adicional importante
para mejorar el desplazamiento del petróleo. No se realizó ningún trabajo en esta
área en la década siguiente, aunque se hizo un gran esfuerzo para producir
polisacáridos, tales como el xantano o escleroglucano como agentes viscosificantes
para la EOR. Estos polimeros dispersantes mejoran la eficiencia de barrido de las
operaciones de inyección de agua al igualar la viscosidad del fluido desplazante con
la viscosidad del petróleo del yacimiento objetivo, reduciendo los efectos de
canalización local y de desviación del petróleo. Sin embargo, un nuevo enfoque se
dirigió hacia la producción y aislamiento de estos agentes en forma relativamente
pura, en facilidades de superficie, para ser inyectados si~bsecuentemente como un
componente químico en varios escenarios de inyección.
A finales de la década de los setenta, ya existía un cuerpo sustancial de
datos de campo y de laboratorio sobre los mecanismos, estrategias y renidimiento de
varios enfoques de la recuperación mejorada de petróleo con microorganismos. Este
trabajo fue revisado inicialmente por Davis, quien en 1967 publicó un texto corripleto
al respectog; y más recientemente por Updegrav. Hitzman compiló uin resumen
completo de pruebas de campo realizadas en este períodolo.
Para 1979, cuando resurgió el interés global en esta área, se habían
alcanzado grandes logros. Se había desarrollado la estrategia de utilizar poblaciones
bacterianas, puras o mezcladas, como fábricas subterráneas para convertir
substratos de bajo costo inyectados en agentes movilizantes del petróleo. Se había
demostrado la incapacidad del petróleo para actuar como una fuente alimeriticia
eficiente para la actividad bacteriana. Se había establecido la naturaleza básica y la
existencia de las poblaciones microbianas indígenas de los yacimientos petrolíferos.
Mamo Tedrlco - _ _ _ _ _ I _ _
Se habían deducido las características esenciales de los yacimientols para la
aplicación exitosa de MEOR. La naturaleza indeseable de las bacterias sulfato-
reductoras ya las había distinguido como un problema potencial csn futuras
investigaciones. La estimulación de pozos individuales, el rnejoramieiito de las
operaciones de inyección de agua y el taponamiento selectivo habían denriostrado su
factibilidad como aplicaciones de campo. En este punto, los precios inestables del
petróleo y un interés creciente por la biotecnologia iniciaron una nueva etapa de
actividad creativa en este campo.
En la década de los ochenta se desarrolló una gran actividatl en varios
países, con variantes en el grado de éxito y de publicación de la información
obtenida. En general, los criterios de selección de objetivos (pozos y yac.irnientos) y
el desarrollo de los sistemas microbianos se publicaron rápidamente. La década
comenzó con una revisión de los fundamentos. Aparecieron varias revisiones de los
trabajos iniciales, incluyendo uno para las patentes existentes". Una extensa base
de datos de yacimientos norteamericanos fue revisada en Oklahoma, para evaluar
los objetivos potenciales de los procesos microbianos, limitados por la temperatura
(<75OC), salinidad (<lo%), pW (4-9), gravedad del petróleo (>17 OAPI) y la
permeabilidad de la formación (>75 mD). De los nueve estados considerados, todos
mostraron que el 20% ó más de los yacimientos conocidos eran posibles candidatos
para la aplicación de la tecnología microbiana, mientras que en California se
determinó que más del 50% de los yacimientos conocidos podían ser candidatos".
Esta revisión y evaluación incrementó el interés en los procesos MEOR.
La degradación anaeróbica del petróleo por los microorganismos fue
revisada nuevamente en dos estudios independiente^'^.'^. Ambos concluyeron que la
degradación del petróleo ocurría prácticamente en ausencia de oxígeno pero que el
proceso era exageradamente lento. Los crudos ricos en parafinas fueron los que
más confirmaron las observaciones realizadas por Muller en 197515. Los estudios
M a m T&rico
con radioisótopos confirmaron la presencia de carbono marcado en el metano y
dióxido de carbono producido. Se concluyó que los nutrientes inyectados eran
esenciales para promover la actividad bacteriana in situ en el período de tiempo
práctico para un proceso EOR. Esto implica que la actividad microbiana está limitada
por la cantidad de nutrientes que puedan inyectarse al yacimiento. Recientemente,
han comenzado a aparecer publicaciones sobre la degradación anaeróbica de
hidrocarburos16. Estas publicaciones tendrán un efecto inmediato en la
bioremediación de la contaminación subterránea producida por los hidrccarburos y
pueden tener implicaciones a largo plazo en la recuperación mejorada (le petróleo
con microorganismos.
La tecnología MEOR fue aplicada por primera vez en Venezuela como un
proyecto piloto de laboratorio realizado por el IN'TEVEP, y apoyado por otras filiales
de PBVSA, para determinar y caracterizar la microflora bacteriana autoctona en
cinco yacimiento^'^^^^^'^^ . Se evaluaron los yacimientos C5VLB-8, LL-03, GG-2 y los
Campos Concepción, Migas y oleos. Se encontró que todos poseían una microflora
bacteriana autóctona capaz de crecer y metabolizar el petróleo en las coridiciones de
cada yacimiento. La producción de biomasa, ácidos orgánicos y gases fue
comprobada. Una de las primeras experiencias al nivel de campo se llevó a cabo en
en la Costa Bolívar, ubicada al noroeste del Lago de Maracaibo, en catorce pozos
del mioceno pertenecientes al miembro inferior del yacimiento Lagunillas2' y
explotados por la erripresa LAGOVEN S.A para entonces. Estos pozos fueron
estimulados con bacterias en el periodo comprendido entre noviembre-! de 1993 y
diciembre de 1995. Se obtuvieron resultados positivos en ocho de ellos
principalmente, lo cual representó un 57% de éxito. En este grupo destacaron tres
pozos que registraron incrementos de producción del 280%, 200% y 180%, durante
un período aproximado de 2 años. Basado en la experiencia anterior, en 1996 se
estudiaron 50 pozos con carateristicas similares en pozos de edad Mioceno de las
MamJ Tedrl«> - -
formaciones Lagunillas Inferior y La Rosa y crudo mediano de gravedad promedio
25.7O APl, profundidad 3.600 pies, permeabilidad absoluta de 2.0 Darcies y
porosidad promedio de 30%. Estos pozos fueron estimulados, registrándose un éxito
de 65 % con incremento en las tasas de producción variables entre 25 y 300 BPD
por pozo. La aplicación de esta tecnología ha permitido obtener, durante el lapso
que va desde mediados de 1996 hasta finales de 1998, una volumen de petróleo de
2.03 MMBls en el yacimiento LL-05, probando ser de elevada rentabilidad.
Actualmente, es utilizada como i.in tratamiento convencional en pozos de este
yacimiento.
El término microorganismos comprende cinco grandes grupos: virus,
hongos, algas, protozoarios y bacterias. Estos son organismos que viven como
células individuales o células indiferenciadas agregadas, es decir, sin formar tejidos.
De estos cinco grupos, los virus son los más pequeños y tienen una estructura tan
simple que no llegan a constituir una célula. Están formados por proteírias y ácidos
nucleicos envueltos por una membrana lipídica o proteiccr. Son incapaces de
reproducirse por ellos mismos, necesitan del material genético de otra célula para
poderse dividir y crecer. Una segunda división de los microorganismos comprende a
los eucariontes, que incluyen las algas, los hongos y los protonoarios. Se diferencian
de los virus y bacterias por poseer un núcleo verdadero, es decir, su material
genético está encerrado por una membrana y organizado en estructuras. Una
tercera división corresponde a los organismos procariontes, aquellos que no poseen
núcleo verdadero. Su material genético se encuentra flotando en el citoplasma y no
poseen organelos, la membrana plasmática realiza las funciones de éstos. Dentro de
este grupo se encuentran las bacterias, que se caracterizan por poseer una pared
celular rígida que determina su forma y perrriite clasificarlas según su constitución.
- - Malea Tdrlco - Las bacterias se encuentran en todas partes de la naturaleza. En efecto, se pueden
encontrar en sitios donde ningún otro tipo de vida podría subsistir. Las especies
actuales que crecen en medios determinados comprenden aquellas que han sido
capaces de adaptarse exitosamente a las condiciones ambientales y nutritivas
prevalecientes en los mismos22. El metabolismo microbiano puede ser clonsiderado
como la suma de todos los procesos de reacciones intracelulares, mediante el cual
los materiales y nutrientes son convertidos en materiales celulares y productos
re~iduales~~. Según su metabolismo, las bacterias se clasifican en aeróbicas,
anaeróbicas y facultativas. Las aeróbicas requieren la presencia de oxígeno para su
crecimiento y metabolismo; las anaeróbicas pueden hacerlo en ausencia del mismo;
y finalmente, las facultativas son capaces de sobrevivir en ambas condiciones. La
utilización de nutrientes del ambiente para mantener el metabolismo y el crecimiento
depende de la estructura enzimática de cada especie. Esto se debe al hecho de que
las enzimas tienen un alto grado de especificidad para los substratos cori los cuales
interactúan como catalizador. Por lo tanto, un tipo de bacteria puede asimilar
hidrocarburos parafinicos, mientras que otra puede no hacerlo. Las bacterias han
sido consideradas negativamente por muchos investigadores asociados con los
procesos de recuperación de crudo. Este rechazo proviene de los efectos negativos
que algunos microorganismos traen en los procesos de recuperación de crudo, tales
como la corrosión en tuberías o el taponamiento de las paredes en el fondo del
pozo9. Sin embargo, el rechazo hacia las bacterias ha cambiado sustancialmente
debido a que se ha demostrado que estos organismos son capaces de sintetizar en
el yacimiento mismo una variedad de productos útiles para la recuperación mejorada
de crudo.
Mamo T.óffco P
2.3. CICLO DE DESARROLLO DE CLILTIVBS MICROBIOLÓGIICOS
El proceso más común en el ciclo de desarrollo de las poblaciones de
microorganismos, especialmente de las bacterias, es la fisión binaria fransversa.
Este es un método de reproducción asexual mediante el cual una célula se divide en
dos después de desarrollar una pared intracelular transversa, como se puede
observar en la Figura 1.
Célula madre.
Alargamiento celular.
Síntesis de la pared celular y distribuci6n del material nuclear.
I
Formación de la pared celular transversa y distribución del material nuclear en las nuevas células.
ión de las células. Cada célula nueva repite el
1 Figura 1. Ciclo de desarrollo bacteriano por fisi6n celular
Si un medio de cultivo fresco se inocula con una cierta cantidad de
microorganismos y se determina la población bacteriana en forma intermitente
durante un periodo de incubación aproximado de 24 horas, se obtiene una curva
similar a la mostrada en la Figura 2 al representar gráficamente estos resultados. En
la misma se puede observar un periodo inicial en el que parece no haber desarrollo,
8 ( 8 1 ~ ) Teórk0 -
seguido de un crecimiento rápido, una estabilización y finalmente un descenso en la
población viable. Entre cada una de estas fases existe un periodo de trarisición, que
representa el tiempo necesario para que todas las células pasen a la fase siguiente;
esta es una peculiaridad en todos los organismos tomados de uri cultivo e
inoculados en un medio fresco.
TIEMPO (HOWS)
- Fase de adaptación Fase de crecimiento
-Fase estacionaria Fase de muerte
Figura 2. Curva de crecimiento de los microorganismos
El proceso global de crecimiento de los microorganismos está
caracterizado por los diferentes eventos que ocurren en cada una de las fases.
Posteriormente se describen brevemente tales eventos.
Fase de adaptación. La inoculación de microorganismos en un medio
nuevo no va seguida de una duplicación de la población de acuerdo con el tiempo de
reproducción. En lugar de esto, la población permanece temporalmente! inalterada
Mano Te6dco
como se observa en la zona verde de la curva en la Figura 2, pero esto rio significa
que las células se encuentran inactivas. Por el contrario, durante esta fase cada una
de las células incrementa su tamaño más allá de las dimensiones normales.
Fisiológicamente se encuentran muy activas sintetizando protoplasma nuevo. En
este nuevo ambiente, las enzimas y coenzimas necesarias para el funcionamiento
bptimo de la maquinaria química celular pueden ser escasas, en consecuencia,
éstas deben ser sintetizadas en cantidad suficiente por cada célula para favorecer el
crecimiento de la población. Se necesita tiempo para establecer ajustes en el medio
físico que rodea a cada célula y debido a esto es que existe un retardo en la división
celular, aunque los microorganismos se encuentren metabólicamente activos. Al final
de la fase de adaptación cada célula se divide, y aunque no todas las células
completan simultáneamente esta fase, existe un crecimiento gradual en la población
hasta el final de este periodo, cuando todas las células son capaces de dividirse a
intervalos regulares.
Fase de crecimiento. Durante este período las c6lulas se multiplican
regularmente a una tasa constante y la curva de crecimiento es de tipo exponencial,
como se aprecia en la zona amarilla de la curva en la Figura 2. En condiciones
apropiadas, el grado de desarrollo de las células durante esta fase es máximo y la
población es casi uniforme en composición química, actividad metabólica y otras
características fisiológicas.
Fase estacionaria. La fase de crecimiento comienza a disminuir después
de varias horas y la tendencia de crecimiento exponencial disminuye gradualmente
hasta alcanzar la estabilidad, representada por la zona roja de la curva ein la Figura
2. Esta tendencia hacia el cese del desarrollo se atribuye a una gran variedad de
circunstancias, principalmente al agotamiento de algunos nutrientes y, en menor
grado, a la producción de sustancias tóxicas durante el crecimiento. Por un tiempo la
Mamo Tdrfco
población permanece constante, quizás como resultado del cese de las división
celular o al equilibrio del índice de reproducción con respecto al índice de rnortalidad.
Fase de muerte. Después de la fase estacionaria se rompe el equilibrio
entre los índices de reproducción y mortalidad, debido a que la división celular cesa
corripletamente y la tasa de muerte aumenta con rapidez. Un gran riúmero de
condiciones contribuyen con la muerte microbiana, pero las mhs importantes son el
agotamiento de las sustancias nutritivas esenciales y la acumulación de productos
inhibidores del crecimiento. Durante la fase de muerte el número de células viables
disminuye exponencialmente, a la inversa de lo que ocurre en la fase de crecimiento.
Esto se puede observar en la zona azul de la curva en la Figura 2. Algunas especies
de microorganismos mueren rápidamente, de manera que habrá pocas células
viables en un cultivo prolongado de 72 horas, pero otras especies rnueren tan
lentamente que pueden existir células viables durante meses y hasta años.
Durante la producción primaria de petróleo se reduce la presión natural
del yacimiento, por lo cual se recurre a procesos de producción secundaria
introduciendo agua o gas en el yacimiento a través de pozos inyectores, a fin de
desplazar el crudo hacia los pozos productores y mantener los niveles de presión
adecuados. Sin embargo, durante la producción secundaria se incrementa
paulatinamente la relación agua/petróleo o gas/petróleo, hasta el punto en que el
proceso no es económicamente rentable. En este momento se recurre ai un proceso
de recuperación mejorada con el fin de recuperar un porcentaje clonsiderable del
petróleio que queda retenido en el yacimiento por efecto de las fuerzas viscosas y
capilares. Estos procesos de recuperación mejorada se agrupan en cuatro
categorías principales: IWétodos Térmicos, Métodos Químicos, Métodos de Gas
Mamo Teorko P
!Wiscible y Métodos Microbiológicos. La Recuperación Mejorada de Petróleo con
Microorganismos engloba a estos últimos.
La Recuperación Mejorada de Petróleo con Microorganismos, del inglés
Microbial Enhanced Oil Recovery (MEOR), es quizás el más crecieiite de los
métodos de recuperación mejorada y ha sido solo en los últimos años cuando ha
ganado aceptación por mostrar potencial de ser una alternativa viable a lois procesos
convencionales de reci.iperación. Debido a los grandes porcentajes de cruido original
en sitio que permanecen remanentes en los yacimientos al final de los procesos de
recuperación convencional, aproximadamente un 70%, se han hechla grandes
esfuerzo para desarrollar estos métodos de recuperación orientados a aumentar la
recuperación secundaria así como a producir el petróleo residual. Sin embargo, en la
actualidad es necesario resolver numerosos problemas antes de que la recuperación
mejorada con microorganismos sea aplicada a escala comercial. El transporte de las
bacterias en el yacimiento es uno de los problemas que ha sido estudiado en
muchos laboratorios en los últimos años. La inyección y la penetracibn de las
bacterias en el yacimiento constituyen el más problemático y crucial de todos los
pasos en los procesos MEOR.
MEOR es una nueva tecnología que permite mejorar la recuperación y
producción de petróleo mediante programas de tratamiento basados en la aplicación
de microorganismos, específicamente bacterias, dentro de una formación petrolífera.
Los tratamientos son diversos y comprenden la estimulación de yacimientos,
lirnpieza de pozos, modificación de permeabilidades, control de movilidad del
petróleo y mejoramiento de las operaciones de inyección de agua.
Una vez inyectadas en el yacimiento, las bacterias se desplazan a traves
del agua intersticial y se congregan en el espacio poroso de la formación, en las
interfases petróleo-roca y petróleo-agua, donde metabolizan cantidades muy
Mama Tdrlco -
pequeñas de hidrocarburos para producir bioproductos químicos que aumentan la
movilidad del petróleo en la formación. Entre los mecariismos involucrados en la
movilización del petróleo, se encuentran los siguientes:
e Generación de dióxido de carbono y otros gases, que disminuyen la
viscosidad del petróleo por solubilización en el mismo.
e Síntesis de ácidos orgánicos, que aumentan la porosidad y la
permeabilidad relativa al petróleo, al disolver la matriz porosa dis las rocas
carbonáticas de la formación.
Producción de polímeros, que aumentan la viscosidad del agua y
disminuyen su movilidad con respecto al petróleo.
e Producción de solventes, que disminuyen la viscosidad del petróleo por
disolución del mismo.
e Producción de surfactantes, que aumentan la movilidad dlel petrdleo
entrampado por capilaridad al reducir la tensión superficial e initerfacial en
el sistema petróleo/agua/roca. En consecuencia, se produce una
disminución de la saturación residual de petróleo.
Producción de polímeros, que incrementan la viscosidad del agua y
mejoran la eficiencia volumétrica de barrido al aumentar la movilidad
relativa del petróleo con respecto al agua.
Generación de nuevas células bactei'ianas, que forman biopelículas
que se adhieren a los poros de la roca, disminuyendo la permeabilidad y
promoviendo el desplazamiento físico del petróleo hacia el exterior de los
poros.
M a m T&rico - o Taponamiento selectivo de zonas de alta permeabilidad y canales de
agua debido a la producción de células bacterianas y rnetabolitos
poliméricos.
Muchos de los metabolitos lipidicos producidos por las células bacterianas
poseen una potencial actividad superficial, además se ha demostrado la producción
de estos surfactantes es estimulada cuando la célula crece en presencia de
hidrocarb~ros~~. Este efecto ha sido observado también cuando el crecimiento es en
presencia de ~arboh id ra tos~~ ,~~ ,~~ .
Todo esto permite establecer que la recuperación mejorada con
microorganismos implica la operación de muchos mecanismos a la vez, cosa que no
se obtiene con las técnicas convencionales de recuperación mejorada. Esta podría
ser considerada una ventaja, aunque hace más difícil el análisis y sobre todo la
cuantificación de los mecanismos de recuperación.
Esta tecnología se ha desarrollado rápidamente por ofrecer ventajas
significativas sobre los métodos convencionales de recuperación mejoratla, por ser
económicamente más rentable, ambientalmente segura y fácilmente aplicxible.
Las bacterias empleadas en MEOR son seleccionadas según su
capacidad para utilizar ciertos hidrocarburos como fuente única de carbono durante
su crecimiento, bajo las condiciones del yacimiento, bien en presencia o ausencia de
oxígeno. En numerosos yacimientos estudiados, se ha demostrado la existencia de
una flora bacteriana autóctona que varía en diversidad y número según las
condiciones de presión, temperatura y salinidad del agua de formación, y que se
encuentra en estado latente si los nutrientes son escasos, y en estado activo si los
nutrientes son abundantes.
Mamo TeÓrlco - En rocas carbonatadas (calizas), las bacterias tienden a metabolizar parte
de las mismas debido a s i ~ s requerimientos nutricionales de sales. Esto puede
acarrear un aumento porcentual del volumen poroso, por lo tanto, este imktodo de
recuperación es capaz de extraer un porcentaje significativo del petróleo residual.
Esta tecnología puede ser aplicada en proyectos de pozos sencillos (un sOlo objetivo
de producción) y pozos midltiples (varios objetivos de producción). También puede
ser aplicada en yacimientos en desarrollo inicial, en yacimientos agotiados y en
yacimientos productores de crudos parafinicos y asfalténicos. Las bacterias pueden
ser inyectadas hacia la formación productora utilizando agua o gasoil.
Tabla 1. Géneros bacterianos comúnmente utilizados en MEOW
1 Acinetobacter 1 Facultativa 1 Acidos, Surfactantes, Solventes I
r
GENERO
1 Arthrobacter 1 Facultativa 1 Surfactantes, Solventes
TIPO
Ácidos, Surfactantes
BIOPRODUCYOS
1 Bacillus
1 - - - 7 --
Facultativa
Enterobacter
1 Corynebacterium 1 Aeróbica 1 Surfactantes 1
Facultativa Ácidos, Gases, Solventes
Clostridium
Polimeros 4 Anaeróbica Acidos, Gases, Solventes, Surfactantes
Tabla 2. Efectos de los bíoproductc~s sintetizados por las bacterias utilizadas
en MEOR
Mejoran la permeabilidad efectiva al disolver
precipitados inorgánicos de las gargantas de los poros.
Reducen la viscosidad por disolución del dióxido de
carbono producido por la reacción entre el ácido y los
carbonatos.
BIOPRODUCTOS -- - - . . . . . --
Gases
EFECTOS ------ p..---
Estimulan la recuperación por formación de saturación
de gas libre. Mejoran el desplazamiento físico de las
gotas de petróleo por hinchamiento de las mismas.
1 Reducen la tensión interfacial. Pueden alterar la -1 Solventes
1 humectabilidad de la roca.
Reducen la viscosidad al disolver el petróleo. Rerriueven
daños de formación y mejoran la permeabilidad efiectiva.
Polimeros
Aumentan la viscosidad del agua y disminuyen su
movilidad con respecto al petrbleo. Tziponan
selectivamente las zonas acuosas de alta
permeabilidad.
Biomasa Desplaza físicamente el petróleo al colonizar en la
superficie de la roca.
-= M a m Teórico
Tabla 3. Principales aplicaciones de MEOR
1 Agua 1 fuerzas capilares. 1 surfactantes y solventes. 1
Estimulación de
pozos Daños de Formación.
Cambio de
Permeabilidad
Productores de gas, ácidos,
surfactantes, y solventes.
Limpieza de
Pozos
Eficiencia de barrido pobre.
Formación de canalizaciones
de agua.
1 Inyección de
Polimeros
2.5. ESTIMULACIÓN DE POZOS CON MlCROORGANlSMOS
Productores de biomasa y
polimeros.
Deposición de parafinas y
escamas minerales.
Reducción de
conificaciones
Comúnmente se utilizan técnicas no biológicas para la reniación de
parafinas, asfaltenos, escamas y otros depósitos en los pozos y en su vecindad
Productores de ácidos y
surfactantes. Degradadores
de hidrocarburo:;
Relación de movilidad no
favorable. Eficiencia de
barrido baja.
Productores de polirrieros.
Conificaciones de agua y de
gas.
Productores de biomasa y
pol imeros.
- M o m TebrlcO
inmediata. En muchos casos, los sistemas bacterianos pueden realizar esto de una
nianera más eficiente y menos costosa, pero para garantizar su efectividad es
~ecesario conocer la naturaleza del problema para poder formular apropiadameiite
el sistema bacteriano en cada casoz8.
La estimulación de pozos mediante la tecnología MEOR puede llevarse a
cabo a través de las siguientes modalidades. La modalidad in situ, que consiste en
inyectar nutrientes al yacimiento para estimular el crecimiento de las bacterias
endógenas de la formación, o inyectar microorganismos foráneos juinto a los
riutrientes para generar los productos metabólicos en el yacimiento, contribuyendo a
incrementar la producción de petróleo. La modalidad ex situ, que es un proceso
similar al de recuperación con químicos puesto que se inyectan a la formación los
inetabolitos generados, en instalaciones de superficie, por bacterias exógenas al
: fa~imiento~~ para lograr recuperar parte del petróleo residual.
La modalidad in sitw elimina muchos de los pasos involucrados en la
producción de los bioproductos en superficie, y evita los procesos asociados con la
inyección y la absorción de los mismos. Por tanto, esta resulta económicamente más
factible. Además, las bacterias pueden migrar hacia otras zonas en búsqueda de
petróleo y10 nutrientes cuando éstos se agoten en una zona determinada, ampliando
así el radio de acción del tratamiento.
Por otra parte, en yacimientos sometidos a operaciones de inyección de
agua, el proceso puede llevarse a cabo de dos maneras. La primera es inyectando
microorganismos y nutrientes en el pozo inyector, de manera que los productos
metabólicos mejoren la movilidad del crudo a lo largo del yacimiento entre el pozo
inyector y productor; la segunda es inyectando microorganismos y nutrientes en los
pozos productores de manera que se invada sólo un pequeño radio en el yacimiento
Mamo TBbrlco
mejorando la movilidad del crudo en la vecindad del pozo. Estas inyeccioines puede
hacerse de manera cíclica.
En ambos casos se puede estimular la microflora del yacimiento
inyectando sólo nutrientes, siempre y cuando estos microorga~ismos produzcan los
metabolitos adecuados. Los nutrientes utilizados generalmente son melaz:as, debido
a su alto contenido de sacarosa y a su bajo valor comercial, o suero de leche
mezclado con nitratos, potasio, fósforo y otros elementos en menores cantidades
(Zn", Mn++, Se, Fe, etc.). Se ha comprobado que a partir de las melazas, los
microorganismos son capaces de producir alcoholes, polimeros y surfacta~ites~~.
Los cultivos bacterianos utilizados para proyectos de recuperación
mejorada se desarrollan naturalmente, sin ser diseñados o manipulados
genéticamente. Están compuestos por una mezcla de bacterias aeróbicas y
anaeróbicas no patógenas de longitud y espesor cercanos al micrón, que! provienen
de una amplia gama de ambientes enriquecidos con petróleo y donde se observan
actividades microbianas importantes. Las especies principales que contienen son
aquellas que tienen las mayores eficiencias para metabolizar hidrocarburos como
fi~ente de carbono y para sintetizar productos capaces de producir los cambios
deseados en las propiedades del petróleo30.
La aplicación de microorganismos en los pozos genera un auniento en la
producción de los mismos y una disminución en los costos de operación, debido a la
remoción de parafinas, asfaltenos, escamas y10 al control de la corrosión. Esta
estimulación ocurre como resultado de la limpieza de las paredes del pozo por parte
de las bacterias.
La microbiología de yacimientos petrolíferos puede definirse como el
estudio de la distribución de bacterias autóctonas, la fisiología bacteriana bajo
condiciones de yacimiento, la interacción entre bacterias inyectadas y autóctonas, y
el control de la actividad de la microflora inyectada o autóctona para obtener buenos
resultados en la recuperación mejorada de crudo. La recuperación mejcrada con
niicroorganismos depende de las habilidades de los microorganismos selet~ionados
para convertir cualquier substrato que le sirva como fuente nutritiva en un rrietabolito,
el cual debe afectar la migración del crudo en alguna dirección Útil. Las bacterias
deben ser capaces de crecer bajo las condiciones presentes en la formac;ión de la
cual será recuperado el crudo. Si las condiciones presentes en las profundiilades del
yacimiento no son compatibles con los requerimientos de crecimiento de los
niicroorgarrismos, el crecimiento de éstos estará restringido o totalmente inttibido.
2.6.1. POTENCIAL DE ÓXIDO-WEDUCCIÓN
El potencial óxido-reductor en los estratos profundos es bajo debido a la
ausencia de oxigeno. El tipo de microorganismo que se adapta bien a esa clase de
oandiciones toma la energía metabólica de reacciones en las cuales ciertas
rrioléculas orgánicas son oxidadas a niveles más altos de oxidación sin la
participación del oxígeno molecular. Los compuestos que contienen nitrógeno y
sililfuros pueden ser utilizados como aceptores finales de electrones. A un pH
neutro, la sulfato-reducción ocurre generalmente entre -1 50 a -200 mV, mientras que
Isi metanogénesis ocurre a -300 mV. A niveles tan bajos de potencial de óxido-
reducción, el oxigeno es un potente inhibidor de la metanogénesis; sin ernbairgo, las
bacterias metanogénicas no son eliminadas cuando se exponen al oxígeno si son
c~liltivadas a bajas condiciones de potencial. Por tanto, no es sorprendente que
Mmco Tsdrlco
bacterias metanogénicas dependan frecuentemente de las bacterias fe:rmentativas
para producir anaerobiosis o para mantener bajos niveles de potencial.
La temperatura de un estrato productor de crudo depende de su
profundidad. Esto limita la profundidad a la cual puede utilizarse la recuperación
mejorada de petróleo con los microorganismos mesofílicos usuales. Se ha sugerido
pueden utilizarse técnicas de MEBR a mayores profundidades si se emplean
bacterias termófilas. Cuando se discute sobre temperatura, se debe realizar una
distinción entre supervivencia, crecimiento y multiplicación. A pesar de que existen
bacterias capaces de soportar temperaturas de 90 y 100°C, los procesos vitales se
realizan sumamente lentos y débiles. En procesos de MEBR se requiere que las
células se reproduzcan y sinteticen metabolitos rápidamente, por lo taiito, el limite
superior para crecimiento óptimo no debe pasar de los 55°C a menos que se
presente otra evidencia o que por métodos de ingeniería genética se logre obtener
un microorganismo que se reproduzca y sintetice metabolitos rápidamente a altas
temperaturas.
2.6.3. ACIDEZ (PH)
La mayoría de los ambientes naturales tienen valores de pH cercanos a 7.
Las condiciones extremas de pH son nocivas para las microorganismos utilizadas en
procesos MEBR. Los límites generalmente establecidos están en un inttxvalo de 1 s
11 y la mayoría de los microorganismos vive en el intervalo de 4 a 9. Las altas
concentraciones de iones hidronio e hidroxilo desempeñan una función muy
importante en las reacciones de solvólisis, en el estado iónico de nutrientes y en las
Mama T&tico
propiedades coloidales del ambiente. A altos valores de pH las células pueden estar
activamente cargadas y esta carga eléctrica juega un papel muy impsrtante en la
adhesión de las células bacterianas hacia la superficie sólida del estrato y su
orientación en la interfase petróleo-agua para formar micelas. Sin embargo, en
ciertos casos, los microorganismos responden activamente a valores de pH
extremos. Por ejemplo, un incremento en la acidez induce a la E. col¡ a lproducir una
enzima aminoácido descarboxilasa, formando aminas desnaturalizadas que poseen
propiedades de surfactantes.
La salinidad del agua del estrato en el cual se introducen los
microorganismos puede ser un problema particular que inhiba el crecimiento
bacteriano. Con excepción de las bacterias halófilas, las cuales son tolerantes a
elevadas concentraciones salinas, las bacterias sólo crecen a bajas concentraciones
de salinidad. El crecimiento de los microorganismos puede ser igualmente afectado
por componentes individuales de soluciones de sales. El efecto inhibitorio sobre los
microorganismos por cationes en orden ascendente es Na, K, NH,, Mg, Ca, Ba, Mn,
Fe, Zn, Al, Pb, Cu, Hg y Ag. La composición así como la concentración de sales de
un yacimiento debe ser conocida. Esa información es sumamente importante no sólc
para la selección de cepas microbianas apropiadas, sino también para la predicciór
de otros fenómenos físicoquímicos encontrados en procesos MEOR, tales como las
propiedades de los metabolitos microbianos a altas concentraciones salinas, el
efecto de la salinidad en propiedades superficiales en general, migración, etc. SE!
sugiere la utilización de Bacillus anaeróbicos productores de gas, esportas y capaces
de crecer a concentraciones hasta de 7% de NaCI.
Mamo T&rlco
2.6.5. METAL" PESADOS
Los metales pesados están presentes en la mayoría de las aguas de
formación en unas pocas partes por millón de concentración. Cuando existen efectos
arribientales tales como temperatura o cantidad limitada de oxígeno, la presencia de
estos metales podría ser negativa. En consecuencia podrían producirse cambios en
el tiempo principal de generación o en la morfología de los microorganisnnos3'.
Schwartz y C0lwe11~~ observaron una disminución en la producción de
biomasa cuando se incrementó la presión a un cultivo de Psedomona:~ bathycetes
en unos lo4 kPa. El tiempo de generación medio se incrementó de menos de una
hora a 33 días. Sin embargo, la respuesta a altas presiones no es (general. Por
ejemplo, W a l ~ b y ~ ~ observó que especies de Hallobacterium colapsan coinpletamente
a 200 kPa. Las n-iismas sufren un cambio morfológico de bastón a forma cocoidal
cuando se exponen a 20000 kPa y su tiempo medio de generación disrilinuye de 24
a 118 horas aproximadamente. Cuando la presión se redujo bruscamenite, su forma
cocoidal se desintegró, pero cuando la presión se redujo gradualmente, se
convirtieron a su forma original de bastón. En general, las altas presiones tienen
menor efecto que las altas temperaturas en la actividad metabtjlica de los
microorganismos, debido a que la presión osmótica del plasma celular es
usualmente bastante alta debido a la salinidad plasmática. La presión crítica para la
mayoría de las bacterias está entre los límites de 3000 a 20000 atm 11 muchas de
ellas son más barotolerantes cuando se cultivan a sus temperaturas óptimas c
ligeramente mayores.
Marco Tdrico
2.6.9. ORGANISMOS ENDÓGENOS
Otro parámetro importante a considerar el efecto de los organismos
endógenos del estrato productor. Al contemplar la introducción de poblaciones
bacterianas exógenas a un yacimiento, se deben considerar los efectos de los
organismos endógenos sobre MEQR. G r e ~ e ~ ~ ha reportado un número de
organismos aeróbicos y anaeróbicos presentes en las aguas de formacidn. Las más
reportadas son las bacterias su l fa to - redu~ toras~~~~~~ Rep~riobacillus~ Pseudornonas,
Mcrococcus, Mycobacteriurn, Clostridiurn y algunas Enterobacter.
Las bacterias sulfato-reductoras reducen a iones sulfito los iones sulfato
presentes en la mayoría de las aguas de formación. Estos iones producen sulfuro de
hidrógeno (H,S), que al reaccionar con el hierro presente en las aguas de formación
producen sulfohidroilitas de hierro muy voluminosas, que pueden disminuir
significativamente la permeabilidad de la roca. Si el sulfuro de hidrógeno no se
consume al formarse las kiidroilitas, entonces se recupera con fracciones de
hidrocarburos, causando daños por corrosión en las instalaciones de las plantas de
tratamiento de crudo. Cabe destacar que potenciales de óxido-reducciión menores
de -100 mV son suficientes para permitir las actividades de las sulfatc~-reductoras.
Los efectos de algunos inhibidores pueden ser incrementados con factores
adicionales, tales como cloruro de sodio o sales de hierro37. El aire es el inhibidor
más económico de las sulfato-reductoras, pero su aplicación práctica eis limitada; la
introducción de suficiente oxígeno en el yacimiento podría inducir a la formación
tanto biológica como no biológica de hidróxido férrico, y esto produciría efectos de
taponamiento en el yacimiento. Las sulfato-reductoras no con elirniriadas por el
oxígeno, sirriplemente son inhibidas, por lo tanto, la reintroducción de condiciones
anaeróbicas o la formación de un microambiente anaeróbico podría resultar en una
renovación en la producción de sulfuro de hidrógeno.
Los microorganismos presentes también afectan la permeabilidad de la
roca, debido a los siguientes fenómenos:
e Precipitación de minerales, usualmente carbonatos, debido al
incremento en la alcalinidad de las aguas intersticiales. Un ejemplo es la
precipitación de carbonato de calcio durante la reducción biológica de
sulfatos.
Precipitación de sulfuro de hierro durante el mismo proceso descrito en
el apartado anterior.
0 Formación de películas y taponamiento por materia orgánica
acumulada en los espacios intersticiales. Esta puede ser materia viva,
restos celulares o material extracelular. Los microorganismos f lamentosos
en forma de bastón pueden reducir con mayor fac:tibilidad la
permeabilidad de la roca por taponamiento que los de forrna esférica.
Bubela3' observó que la forma de los microorganismos puede ser afectada
por los efectos ambientales, tales como la presencia de metales pesados
y una disminución simultánea de la presión de oxígeno, lo cual conduce a
un considerable incremento en el tamaño de los organisnios y en el
cambio de sus formas de bastones a filamentos. La permeabilidad
anisotrópica de los sedimentos causada por la actividad bacteriana puede
afectar la velocidad de flujo de los fluidos en el yaciriiiento y su
componente direccional.
Es posible causar ciertos cambios en la permeabilidad cuando se aplican
los métodos de MEOR, debido a la introducción de un medio bacteriano de baja
salinidad. Se ha observado que las partículas de arcilla son suscelptibles a un
incremento en tamaño debido a su hinchamiento si la saliriidad de sus ambientes
acuosos disminuye39. Pero la introducción de cultivos bacterianos no siempre
M a m T&rlco
produce una disminución de la permeabilidad; un incremento en la perm~rabilidad de
las rocas depende de la composición de los carbonatos y de su estado cristalino. Se
ha observado que rocas expuestas por seis semanas a actividad bacteriana
anaeróbica han incrementado su permeabilidad unos pocos órdenes de rnagnitud3'.
Existen ciertas propiedades que son esenciales para los procesos NIEOR,
por ejemplo, la acumulación de niicroorganismos con superficies hidrófobas en las
interfases petróleo-agua desempeña un papel importante en los procesos de
biodegradación de hidrocarburos cuando tales organismos producen sustancias
tensoactivas. Estas acumulaciones son útiles para una aplicación satisfactoria de los
procesos MEOR. En estos procesos es imprescindible que los microor~~anismos se
encuentren en forma de suspensión coloidal para obtener el máximo de penetración
de las células en los espacios intersticiales de la roca en el yac;imiento. La
suspensión de partículas sólidas del mismo rango de tamaño se facilita por las
fuerzas de repulsión debidas a las cargas electrostáticas sobre sus superficies.
Debido a esto, bajas concentraciones de electrolitos en las aguas de formación son
más convenientes desde el punto de vista de MEOR, ya que altas conc~entraciones
podrían facilitar en algunos casos la formación de agregados bacterianos que
disminuirían la capacidad de penetración de la población bacteriana. Las superficies
sólidas son sitios potenciales de concentración de nutrientes, originanido sitios de
actividad microbiana intensificada. La adsorción de materia orgánic,a disporiible
como substrato en la superficie de los poros dependerá de la mineralogía y la
química de la fase sólida y del estado de la superficie, así como de la concentración
y la estructura molecular del substrato.
2.7. INFLUENCIA DE P A ~ M E T R O S F~SICOQU~RA~COS DEL YiACIMIENTO
SOBRE LOS MICROORGANISMOS
En el estudio de la aplicación de microorganismos en la recuperación
mejorada, deben tomarse en cuenta tres grandes partes en las que es posible
operar para asegurar resirltados positivos:
Geología, Mineralogía y Petrofísica.
a Fluidos.
e Biología.
Los cambios producidos por la actividad biológica debida a I;a geología y
mineralogía están limitados desde el punto de vista práctico, por lo tanto, se
considera que este componente no puede ser manipulado. Sin embargo, los fluidos
son más susceptibles a ser manipulados. En sistemas crudo-agua, variables tales
como la relación de movilidad, la tensión interfacial, la composición de la fase
acuosa y la composición de la fase de crudo, se pueden alterar en alguria extensión.
Finalmente, el aspecto biológico es el manipulador, a través del cual se pueden
introducir cambios beneficiosos en los fluidos del yacimiento.
Una vez definidos tanto el componente manipulable como el componente
manipulador, se puede especificar qué cambio puede ser el más beneficioso en el
sistema de fluidos desde el punto de vista de recuperación mejorada. Experiencias
realizadas en varias partes del mundo han establecido que deben contemplarse dos
efectos principales, una considerable disrriinución en la tensión interfacial y ur
mejoramiento en la relación de movilidad en sistemas crudo-agua.
Se conoce que muchos microorganismos podrían satisfacer los
requerimientos en cuanto a producción de Ruidos. Sin embargo, antes de seleccionai-
Marco Teórico
un microorganismo en especial para procesos NIEOR, el ambiente y las condiciones
bajo las cuales se supone van a operar se debe conocer en detalle. En primer lugar,
porque la actividad biológica de los microorganismos y la producción de los
metabolitos requeridos estará influenciada por tales condiciones arribientales; y
segundo lugar, porque la efectividad de estos metabolitos puede ser afectada todos
o algunos de estos parámetros.
2.8. LIMITACIONES DE LA ACCIÓN MlCROBlANA EN EL YACIMIENTO
La utilización de organismos vivos en el yacimiento requiere de la
presencia de una fuente de carbono adecuada. Es posible que en un ambiente
anaeróbico el petróleo crudo no pueda satisfacer esta demanda. La biodegradación
parcial del petróleo es un proceso de ocurrencia fácil y rápida en un ambiente
aeróbico, donde una reacción biológica catalítica del oxígeno con el hidrocarburo
original puede iniciar el proceso de degradación. Una vez que los átomos de oxígenc
se introducen en el hidrocarburo pueden suceder numerosas reacciones biológicas
intermedias, incluso algunas de ellas anaeróbicas. En ausencia de oxígeno, e
ataque rápido del oxígeno sobre hidrocarburos puros no ocurre4'.
Varios grupos de investigación han demostrado la actividad b~iológica en el
petróleo crudo bajo condiciones anaerób ica~~~ '~~ '~ . Jack13 observó la evolución de
dióxido de carbono (CO,), ácido sulfhídrico (H,S) y metano (CH,) a paitir de cierto:;
crudos donde la concentración de oxígeno presente era menor a 30 ppm (vlv). Estct
indica que la actividad microbiana puede ocurrir aun cuando existan bajos niveles de
oxígeno en el espacio gaseoso sobre el cultivo. La utilización de alcanos marcados
con radioisótopos confirmó que los hidrocarburos eran las fuentes del CH, y CO,
observado. La tasa de producción de CH, mejoró al introducir 700 ppm de oxígeno 11
desapareció a 12000 ppm. Aunque esta última observación es consistente con Izi
Y a m Teórko
sensibilidad de la metanogénesis al oxígeno, la primera observación sugiere que los
bajos niveles de oxígeno mejoran la cinética global de producci6n de gas,
presumiblemente por el inicio de la degradación de los hidrocarburos según la
secuencia de reacción descrita anteriormente, aunque todavía no está claro si existe
algún tipo reacción en completa ausencia de oxígeno. El rendimiento global de gas
(extremadamente bajo) y las bajas tasas de producción de gas indican que el
petróleo no es un substrato apropiado para el soporte de procesos ME,OR rápidos
bajo las condiciones anaeróbicas de un yacimiento.
Según Jack, la naturaleza del crudo también es crítica para la producción
de gas bajo condiciones anaeróbicas. La actividad microbiana estuvo limitada a
crudos con altos contenidos de alcanos y parafinas. Por otro lado, no hubo señales
de actividad en un crudo aromático y en dos tipos de crudos pesado!;, todos con
poco contenido de alcanos. Esto concuerda con las observaciones realizadas
previamente por Mulleri5 en sus estudios de biometanación de crudlos y con la
observación general de que los alcanos constituyen la fracción de petróleo más
susceptible a la biodegradación aeróbica4'.
Los procesos MEOR basados en la utilización de petróleo crudo como
única fuente de carbono no pueden considerarse muy prometedores. La ventaja
aparente de utilizar el crudo con la perspectiva de la acción penetrante de los
microbios a través del yacimiento es aún tentativa y quizás hasta intimidante, debido
a la probabilidad de que la acción bacteriana pueda afectar las fracciones más
valiosas del petróleo.
Los procesos MEOR han estado basados en la inyección de los nutrientes
esenciales en el yacimiento para sustentar la actividad microbiana deseada''. El
ataque anaeróbico sobre el petróleo en el yacimiento generalmente es insignificante
y la actividad bacteriana está localizada cerca del paquete de nutrientes inyectados.
Mamo Teórico -
Es por eso que la inyección y dispersión de un sistema MEOR usualmente requiere
la consideración de ambos tipos de bacterias (aeróbicas y anaeróbicxis) y de los
nutrientes que éstas requieren.
El paso crítico en la inyección de sistemas bacterianos dentro del
yacimiento es el transporte de las bacterias desde el pozo hasta la roca a través de
la cara de la formación. El taponamiento de la cara de la formación debido a la
producción de biomasa puede ocurrir en grado tal que la inyectividad en el pozo
puede reducirse lo suficiente como para poner en peligro el proceso de inyección42.
Estudios de laboratorio realizados con poblaciones naturales de bacterias
encontradas en agua potable o incluso en agua destilada, han demostrado que
puede ocurrir una reducción de hasta un 70% en la permeabilidad de un núcleo
modelo durante una inyección de agua extendida, debido a la folrmación de
biopelículas en la cara del n ~ c l e o ~ ~ . ~ . Se debe considerar la sensibilidad de la cara
de la formación a esta clase de taponarniento, puesto que durante la inyección de un
sistema MEOR deben pasar a través de ella grandes volúmenes de liquitlo.
Para minimizar las pérdidas de inyectividad se deben evitar los siguientes
factores: las bacterias ~Rlamentosas o asociadas, la producción de polírnieros activos
durante la inyección, la producción de burbujas de gas en la formación durante la
fermentación y los organismos tacofilicos. Aun con estas precauciones, la tendencia
natural hacia la formación de biopelículas superficiales en corrientes fluyentes de
nutrientes puede evitar períodos de inyección bastante largos45. Se h~an sugerido
varias estrategias para minimizar estos problemas de taponamiento. Estas incluyen
el uso de esporas, bacterias individuales pequeñas y dispersas, y varios agentes
químicos que puedan condicionar a la roca o a las células ai reducir el
M a ~ o Teórlco
aglutinamiento. Los períodos de inyección cortos, las bajas concentrac;iones en la
suspensión bacteriana y las altas permeabilidades en la roca son fiactores que
pueden mitigar el taponamiento microbiano en la cara de la formación.
Una vez que las bacterias son introducidas en la forma~ción deben
dispersarse a través de la matriz de la roca hacia la localización deseada para llevar
a cabo el proceso MEOR. Esto envuelve el movimiento de la suspensióii bacteriana
a través de la roca, presumiblemente en la fase acuosa. La distribucióri de tamaño
de los poros de la roca irripone limitaciones absolutas en el proceso da dispersión.
Los procesos de taponamiento y exclusión ocurrirán en aquellos sitios donde el
tamaño de las gargantas porales sea similar al tamaño de las partículas inyectadas.
Es por esta razón que los yacimientos con porosidades menores a 100 mi3 se
consideran inadecuados para procesos MEOR46.
Las suspensiones bacterianas acuosas se moverán preferencialmente
dentro de las zonas que tengan una alta permeabilidad al agua. La pernieabilidad al
agua depende de la distribución de las fases presentes en el yacimiento así como de
la permeabilidad absoluta de la formación productora, debido a que tanto una fase
de crudo como una fase acuosa y hasta una fase de gas pueden compartir el
espacio poroso de la roca. Y para cornplicar más el escenario en el subsuelo, por lo
general todos los yacimientos son bastante heterogéneos. Los yac:imientos de
areniscas no consolidadas pueden estar estratificados presentando una variación
considerable en la distribución vertical de permeabilidades. En contraste, los
yacimientos de calizas usualmente presentan fracturas y tienen sistemas
interconectados de cavidades, que en inglés se denominan vugs. Por tanto, el
problema que involucra la determinación del destino final de las bacterias no es nada
trivial.
M(KEO Te6rlco P
En cualquier aplicación MEOR que requiera de la actividad bacteriana en
la profundidad del yacimiento se deben conocer las tasas relativas de
desplazamiento y retención para los componentes esenciales del sisterria biológico,
con el fin de asegurar que todos los componentes necesarios alcancen (el sitio de la
aplicación en cantidad suficiente y al mismo tiempo. Obviamente, las bacterias en si
son el componente esencial del sistema MEOR. Como se mencionó anteriormente,
pueden ocurrir serios problemas de retención de bacterias en la cara de la
formación, pero más internamente en el yacimiento tambien suceder fenómenos de
adsorción de células o esporas sobre las superficies minerales debido a inecanismos
tales como la interacción de carga y descarga eléctrica.
Las bacterias pueden seguir a los nutrientes que hayan sido inyectados
gracias a su crecimiento difusional y a su motilidad activa, sin embargo, el
mecanismo que gobierna la penetración de las bacterias en el yacirriiento es su
motilidad. Las especies mótiles penetran en el yacimiento hasta diez veces más
rápido que las especies no mótiles6'. Es evidente que la dispersión de los sistemas
bacterianos puede ocurrir sobre áreas extensas en el yacimiento apropiado, como lo
demuestran los datos de pruebas de campo realizadas en las últimas Ires décadas
compilados por Hitzmanlo.
2.10. IIUTEMCCI~M DE bAS BACTERIAS CON EL YACIMIENTO
La existencia de bacterias indígenas en los yacirriientos petrolíferos ha
sido un punto de discusión por muchos añosg. En efecto, las operaciones de
perforación, completación e inyección de pozos llevadas a cabo normalmente,
durante el desarrollo de un campo petrolero introducen bacterias dentro del
yacimiento. En términos de MEOR, la consideración principal es que las bacterias
probablemente ya están presentes en el subsuelo en la mayoría de las locaciones y
Marco T&&o
son más abundantes en las mismas zonas donde es más probable aplicar un
sistema MEOR. Esto implica que los microorganismos inyectados pueden enfrentar
una competencia directa por los nutrientes y que subsecuentemente pl~ede ocurrir
una modificación de los metabolitos producidos por el sistema MEOR.
Las bacterias sulfato-reductoras son responsables de los problemas de
corrosión pozo abajo y del agruramiento de los yacimientos en muchos campos
petroleros. Cuando los residuos de una aplicación MEOR proveen de nutrientes al
metabolismo de las sulfato-reductoras, una irrupción en el crecimiento de estos
microorganismos podría eclipsar el valor de una operación MEOR exitosa debido al
aumento de la producción de H,S y, por tanto, al aumento de la corrosióii en el pozo
y en las instalaciones de producción. Al planificar una operación MEOR se debe
asumir la presencia de otras bacterias competidoras y se deben tomar las
precauciones para asegurar la proliferación selectiva de los microorganismos
deseados. Donde exista la presencia de las bacterias sulfato-reductoras, las
fermentaciones se deben diseñar para minimizar la oportunidad de crecimiento
secundario de las mismas.
2.1 1. METABOLISMO BACTERIANO EN EL YACIMIENTO
Las bacterias son capaces de producir un conjunto de metabolitos que
pueden mejorar la recuperación de crudo de un yacimiento susceptible para ello. Los
productos potencialmente útiles del metabolismo microbianos en los sistemas de
MEOR se pueden clasificar en cinco categorías generales: polímeros, surfactantes,
solventes, biomasa, ácidos orgánicos y gases. La selección de un sis1:ema WlEOR
dependerá de los problemas de producción y del potencial del yacimiento
seleccionado.
M a m Tdrko - Una gran limitación para la producción de petróleo mediante el barrido del
yacimiento con agua es la poca correspondencia entre las movilidades del agua y
del petróleo. En el subsuelo, el agua es más móvil que el petróleo y tienide a formar
canales a través del crudo más que a desplazarlo. Se puede mejorar
significativamente la eficiencia de barrido en este proceso mediante la adición de
agentes viscosificantes a la fase acuosa. Estos incluyen polímeros biológicos
solubles en agua tales como el xantano o el escleroglucano. Aunque las tecnologías
de recuperación actuales inyectan soluciones preparadas de estos biopolímeros
desde la superficie, tales agentes podrían producirse in situ.
La biomasa y los polímeros insolubles han sido calificados como agentes
de taponamiento selectivo para zonas de alta permeabilidad6'. En este caso se
obtiene un aumento en la eficiencia de barrido al mejorar la homogleneidad del
yacimiento. Durante la inyección, el sistema MEOR entra preferencialrriente en las
zonas de alta permeabilidad donde la producción de biomasa y t~iopolímeros
causará subsecuentemente un taponamiento desproporcionado. Debidlo a que las
zonas de alta permeabilidad serán las más afectadas, las permeabilidades finales en
el yacimiento estarán más cercanas. Este esquema podría ser utilizado para
preacondicionar el yacimiento para alguna otra tecnología de prodlucción que
desplace efectivamente al petróleo.
Los ácidos orgánicos producidos por fermentación disuelven con facilidad
los carbonatos y pueden incrementar localmente la permeabilidad en uri yacimiento
de calizas.
Los gases de fermentación pueden represurizar pozos y conducirlos hacia
la producción y el desplazamiento de petróleo al revitalizar el mecanismo de empuje
por gas. Este mecanismo de empuje es mas efectivo en el desp1ai:amiento de
crudos convencionales livianos y medianos. Aunque la disolución del dióxido de
M a m Tebrlco
carbono puede causar una expansión y una disminución de viscosidad en crudos
pesados, el límite práctico para la cantidad de CO, que puede producirse in situ a
partir de nutrientes inyectados probablemente excluye a este método de la
producción a gran escala en yacimientos de crudos pesados.
La producción de biosurfactantes y solventes puede facilitar la liberación y
el transporte del petróleo. A escala de laboratorio se ha demostrado qiie utilizando
biosurfactantes se puede aumentar la liberación del petróleo47. Debido a los grandes
volúmenes y áreas involucradas en un yacimiento, la acción de estos agentes
tensoactivos puede limitarse a la región cercana al pozo. Esta zona es ciritica para el
desempeño del pozo y aún los efectos locales que remueven daños de formación o
que afectan la relación agua-petróleo en esta región, pueden influir
significativamente en la producción posterior.
2.12. DPERIENCIAS DE CAMPO EN RECUPEC~~CI~N MEJOFMDA CON
NIICWBORGANISMBS
En Holanda, en 1958, Von Heningen8 reportó resultados de? dos pozos
estimulados con bacterias. No fueron publicados el año ni la localización de los
pozos. En uno de ellos utilizaron bacterias del género Betacoccus dextri3nicus en un
medio de sacarosa-melaza con un contenido total de azúcar del 1 O%, ot~teniendo un
incremento del 30% en la recuperación. En el otro utilizaron una mezcla de cultivos
formando una especie de lodo en un medio con 50% de melaza. La relación de
producción de agua-petróleo fue mejorada de 50 a 20.
En Hungría, entre 1965 y 1972, se realizó un trabajo a pequeiia escala. La
técnica estándar fue la de inyectar el yacimiento con una mezcla de bacterias del
género Pseudomonas, Clostridium y Desulfovibrio que fueron adaptaldas para tal
M a m Teórico - propósito. Primero se inyectaron los nutrientes y luego el cultivo de bacterias. En los
estudios posteriores se observó que el crecimiento de la fora bacteriana del
yacimiento fue estimulado por la adición de bacterias obtenidas de otras fuentes,
tales como Iodos del fondo del pozo. Esto se interpretó como que la bacteria
añadida metabolizaba los nutrientes a productos que podían ser usados como
nutrientes por microorganismos endógen~s~'-~~.
En Polonia, entre 1961 y 1971, Karask iewi~z~~~~ ' realizó experiencias en
20 pozos de yacimientos arenosos sometidos a tratamientos microbiaiios. Obtuvo
sus especies bacterianas del crudo, agua de formación y residuos industriales,
particularmente de la refinación del azúcar. El procedimiento típico consistió en
inyectar el cultivo de la mezcla bacteriana con los nutrientes (melaza) y agua de la
formación productora desde un punto de inyección. Se observó que las bacterias
aparecían a gran distancia en el pozo productor. Karaskiewicz concluyó que los
métodos microbianos son económicos, fáciles de aplicar, requieren (un pequeño
equipo especial y no destruyen el yacimiento. También encontró que la intensidad de
la actividad microbiana en el yacimiento está influenciada por la composición
química de sus propiedades petrofisicas y un número de factores biológiicos, siendo
los más importantes la mineralización del agua de formación, la confialbilidad en la
nutrición bacteriana y la temperatura.
En Hungría, en 1963, Jaranyim utilizó una mezcla de bacterias
anaeróbicas y termófilas que fermentaban melazas en un campo de crudos
nafténicos. Los pozos tratados más profundos fueron de 2500 m (8200 pies). Se
observaron resultados positivos en 7 de 10 yacimientos que fueron tratados, sin
embargo el incremento especifico de producción no fue reportado.
En Estados Unidos, entre 1977 y 1981, J ~ h n s o n ~ ~ inoculó
aproximadamente 150 pozos marginales (pozos con una producción promedio de 2
M e m Te6rlco - barrilesldía), empleando una mezcla de Bacillus y Clostridium. Los yacimientos
fueron de rocas carbonatadas en un intervalo de profundidad entre 60 y 300 m (200
a 1000 pies) con una porosidad de 10 a 30%. Luego de inyectar el inoculo, los pozos
se cerraron por un período de 10 a 14 días y luego se abrieron a producción
nuevamente. La producción se incrementó de 20 a 30% para un crudo (le gravedad
API entre 15 y 30°, y un agua de formación con 100000 ppm de sales.
En 1983, Hit~rnan'~ reportó que la Petrogen Inc. utilizó el método Johnson
en 24 pozos con profundidades entre 90 y 1500 m (300 a 4600 pies). Las tasas de
producción de cuatro de los pozos se duplicó en un periodo de 6 meses y 12 de ellos
mostraron que la producción se incrementó en un 50% en 3 meses.
En Estados Unidos, en 1986, se inició un proyecto de recuperación
mejorada con bacterias en el campo Mink Uriit, Ok lah~ma~~. Esto se hizo con el
propósito de determinar si la inyección de una formulación microbiana podía
incrementar la producción en un proyecto activo de inyección de agua iniciado en
1935. Se escogió un área de 2 hectáreas (5 acres) en un arreglo de 5 pozos
invertidos (4 inyectores en los vértices de un cuadrilátero y un productor en el
centro). Los análisis de las muestras de fluidos producidos permitieron identificar
factores que influyen en el diseño de una aplicación microbiana, como la
compatibilidad de los microorganismos con las condiciones del yaciiniento y el
patrón de flujo en el medio poroso. Los resultados preliminares obtenidos fueron los
siguientes:
e La inyección de microorganismos y melaza mejoró la tasa de
producción en un 13%.
La inyección de microorganismos y melaza disminuyó la relación agua-
petróleo en todos los pozos hasta en un 35%.
T&~co
a Las evidencias indicaron que los microorganismos fueron capaces de
diseminarse por todo el yacimiento hasta el pozo productor.
No se observó ningún efecto adverso luego de la aplicación de los
microorganismos.
Las siguientes experiencias fueron expuestas en ¡a Quinta Conferencia
Internacional sobre Recuperación Mejorada de Crudo con Microorganismos,
celebrada en los Estados Unidos en septiembre de 1995".
El grupo BDM Oklahoma inyectó una fórmula bacteriana aislcida por ellos
junto con melaza en una prueba piloto para la producción de surfactarites, en una
extensión de 8 hectáreas (20 acres). Los resultados demostraron que la inyección
del inoculo junto con melaza incrementó la producción de crudo en un 13%. Se
realizó una prueba en una extensión mayor (160 hectáreas) en 1990 para evaluar la
factibilidad de llevar a cabo el proceso a escala comercial. El inoculo se inyectó solo
una vez, pero se siguió añadiendo los nutrientes cada cierto tiempo. Se inyectaron
19 pozos inyectores y se moriitorearon 47 productores. La produccidn de cruda
había aumentado en un 20% para 1993.
El grupo Ali Russian Oil and Gas lnstitute estuvo realizando pruebas de
campo utilizando una técnica que denominaron desplazamiento nutriltivo, que se
basa en inyectar desechos industriales y fuentes de nitrógeno, fósforo y potasio en el
yacimiento para estimular a las bacterias endógenas. Durante el verano de 1993 se
inyectaron 272.5 toneladas de desechos industriales y en 1994 se inyectaron 4561
toneladas más. Se observó el efecto positivo de la primera inyeccii~n a los dos
meses, con un pico de producción a los siete meses. Este grupo recomendó el
monitoreo del contenido de nitrato, sulfato, fosfato y bicarbonato durante las pruebas
con microorganismos.
Marro T&rlco
El grupo Russian Academy of Sciences desarrolló un método biológico y
Rsicoquimico para yacimientos con temperaturas entre 45 y 90 "C. Consiste en la
inyección de bacterias exógenas junto con nutrientes para las bacterias endógenas,
de manera que se estimulan ambos tipos. A escala de laboratorio, se ha recuperado
entre un 17 y 20% de crudo adicional por este método.
El grupo alemán Wagner inyectó a escala de campo un inoculo de
Clostridium tyrobutyricum junto con melaza al 6%. La inyección de mellaza permite
que esta bacteria produzca metabolitos tales como ácidos orgánicos, alcoholes y
gases, que luego son utilizados por las bacterias metanogénicas p'ara generar
metano. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
e Reducción de un 20% en el corte de agua.
Aumento de la relación gas-petróleo.
e Incrementos de 50% a 65% en la tasa de producción.
a Liberación de crudo de rocas carbonatadas.
2.13. EXPERIENCIAS D n A B O M f ORlO EN RECUPERACI~N MEJOWDA CON
MICWBORGANISMOS
Bryant y D ~ u g l a s ~ ~ - ~ ~ han estado trabajando con especies de Bacillus y
Clostridium. En sus investigaciones han propuesto la realización de diseños y
pruebas de formulaciones microbianas en el laboratorio, utilizando núclr:os y fluidos
del yacimiento en cuestión, previamente a la aplicación de un proyecto de campo.
Demostraron que algunos microorganismos que crecen en perfecta armonía en
Marco Te6rico
condiciones de laboratorio, no movilizan crudo cuando se emplean en estudios en
medio poroso.
En la Universidad de Calgary, C ~ s a k ~ ~ estudió el taponamientc, por células
de bacterias vivas y muertas del género del género Pseudomonas en pozos de
inyección. Concluyeron que estas especies producen taponamiento a pesar de que
las células bacterianas son muy pequeñas en comparación con el tamaño de los
poros, disminuyendo la permeabilidad en un 1 % debido al crecimiento bacteriano.
Shennan y V a n ~ e ~ ~ propusieron un método para la selección de cultivos
para la movilización de crudo por mecanismos microbianos, utilizando empaques y
núcleos ensamblados en un diseño similar al usado en el estudio cle cualquier
químico en EOR. Por este método se evaluaron diversos cultivos cle bacterias
anaeróbicas termófilas.
En la Uriiversidad de Southern California, Yen5' realizó investigaciones
acerca del estudio del transporte de bacterias en medios porosos. Demostró que las
esporas y nutrientes penetran más profundamente en las formaciones de menor
permeabilidad, obteniendo la predicción de velocidades de deposición basadas en
propiedades conocidas de la roca y de las células. Tambikn modificó
bioquímicamente las propiedades superficiales de la roca y de las bacterias para
facilitar el transporte de fluidos. Además de esto, recuperó cerca del 40% del
petróleo residual en pruebas preliminares en recuperación mejorada a escala de
laboratorio. Finalmente, demostró que los biosurfactantes producidos aeróbicamente
por Bacillus subtilis y que los solventes y ácidos producidos anaeróbitxmente por
Clostriium aceptbertylium resultaron ser muy efectivos en el despla;zamiento de
crudo remanente después de la recuperación secundaria mediante inyección de
agua.
Marco T&rlco
En la Universidad de Oklahoma, Kianipey y DonaldsonGO hcin llevado a
cabo investigaciones con el fin de estudiar los mecanismos de despla;zamiento de
crudo en las interfases petróleo-agua-arena, mediante observaciones microscópicas
y cambios de presión capilar. Inyectaron tres géneros de bacterias en celdas de flujo
humectadas por crudo y en celdas humectadas por agua, y examinaron la histéresis
completa en la presión capilar antes y después de la inyección de bacterias. Las
medidas de presión capilar mostraron que la saturación de crudo residual disminuyó
de 24% a 9% y además observaron cambios en la humectabilidad de la roca
originando sistemas humectados por agua. La recuperación se incrementó debido a
la producción de biogas y otros metabolitos. El crecimiento microhiano ín situ
movilizó el crudo residual por mecanismos de emulsificación de crudo, inversión de
humectabilidad y presurización, entre otros.
También en la Universidad de California, ~enneman~', estudió los
fenómenos de transporte y taponamiento relacionados con los microo~ganismos en
núcleos de berea. En sus investigaciones observó que los nutrientes esc?nciales para
el crecimiento bacteriano pueden ser transportados en concentraciones
suficientemente altas, que aseguren una buena producción de bioma~;a, y que losl
nutrientes y las células son transportados selectivamente hacia zonas de alta
permeabilidad.
Yen demostró que las esporas de las bacterias pueden ser inyectadas sir!
problemas de adsorción y pudiendo penetrar profundamente dentro del yacimiento,
Jenneman demostró que la mayoría de los nutrientes (nitrógeno, glucosa, fosfatos)
pueden ser inyectados igualmente sin muchos problemas. Por lo tanto, es posiblc!
inyectar las esporas y luego hacerlas germinar cuando se encuentren
profundamente dentro del yacimiento inyectando posteriormente los nutrientes.
En 1990, Chase, Bryant, Bertus y Stepps2 utilizaron cepas de Bacillus
licheniformis en pruebas de desplazamiento en núcleos de arena, realizando un
desplazamiento previo con solución de bicarbonato de sodio antes de la inyección de
microorganismos. Los resultados indicaron un 26% de recuperación de petróleo
residual con respecto a un experimento control donde no se realizó desplazamiento
previo con solución de bicarbonato de sodio.
En 1991, Thomas y Duva1Is3 utilizaron nuevamente cepas de Bacillus
licheniformis en pruebas de desplazamiento en núcleos de arena. Re'alizaron dos
tipos de desplazamientos, uno donde se utilizó el medio con los metabolitos
bacterianos libre de células y otro donde se estaban presentes dichas células. Los
porcentajes de recuperación fueron similares en ambos casos, variando de un 10% a
un 13% de recuperación de crudo residual.
En el Centro de Microbiología y Biología Celular del Instituto Venezolana
de Investigaciones CientCFicas (IVIC), Rocha, San Blas y San Blas" trabajaron en el
aislamiento de microorganismos productores de biosuríactantes, utilizanido cepas de
Pseucdomona aeruginosa. Lograron demostrar la capacidad emulsificante y
tensoactiva del biosuríactante producido por dichas bacterias. A1 re!;pecto estos
investigadores afirmaron que "los surfactantes son excretados el medio de cultivo y
no permanecen asociados a la superficie de las bacterias. Estas por sí solas carecer]
de capacidad biosuríactante, como lo demuestra el hecho de que la adición de
células o medios suplementados con gasoil no produce ningún efecto emulsificant~!
en la mezcla. Es sólo cuando las células excretan metabolitos al rriedio que sé!
observa un aumento progresivo en la liberación de biosuríactantes".
En el Instituto Tecnológico Venezolano del Petróleo (INTEVEIP), en 1992,
Sánchez, Marín, Trebbau y P a f 5 realizaron pruebas de desplazamieniro en núcleo!s
de arena bajo condiciones ideales, utilizando cepas de Pseudomona y Enterobacter:
Mamo Tdrlco
El crecimiento de las bacterias se llevó a cabo dentro del núcleo bajo condiciones
anaeróbicas. Debido a esto sólo se desarrolló la cepa Enterobacter, ya que la cepa
Pseudomona es estrictamente aeróbica. La recuperación adicional alcanzó un 10%
del petróleo residual obtenido después de desplazar el núcleo con agua. En 1993,
Vierma, Sánchez y Manriques aislaron bacterias productoras (le agentes
tensoactivos de los tipos Pseudomona fluorecens y Pseudomona aeruginosa,
logrando extraer y caracterizar los agentes tensoactivos. Los mismos lograron
reducir la tensión superficial en un 36%. Experimentalmente, obtuvieron emulsiones
estables con crudos y comprobaron la termoestabilidad del biosurfactantes
producido por la aeruginosa. En 1994, Zirit, Trebbau y Marín6' realizaron estudios en
medios porosos artificiales (núcleos de berea) de los microorganismos aislados del
Campo Guara en San Tomé, y obtuvieron una recuperación de 10% de crudo
residual con respecto a la saturación residual de petróleo y de 5% con respecto al
petróleo original en sitio. Esta recuperación fue atribuida a la produccitjn de gases
dentro del medio poroso, que contribuyó al desplazamiento del crudo atrapado en
los mismos. También en 1994, Zirit, Sánchez, Perdomo y Marin6' evaluaron la
producción del biosurfactante producido por la Pseudomona fluorescens variando las
fuentes de carbono, siendo la glucosa la que produjo mejores resultados en cuanto a
la cantidad y calidad del surfactante producido. Las pruebas de desplazamiento en
núcleos de arena y berea indicaron que el caldo de cultivo fermentado logró
recuperar 10% y 12% en cada caso con respecto al petróleo original en sitio, y 19%
y 21 % en cada caso con respecto a la saturación residual de petróleo. La salinidad y
temperatura no afectaron la capacidad tensoactiva del biosurfactante al inenos hasta
una concentración de 50000 ppm y 60°C, respectivamente.
Merco Teódco
2.14. ESTIMULACI~N DE POZOS CON MlCRQQRGANlSMQS EN LA \UNIDAD DE
EXPLOTACI~N T ~ A JUANA M G O
Las bacterias utilizadas para la estimulación de pozos en esta unidad de
explotación han sido suministradas por las empresas Microbac International Inc. ,
Atech (Advanced Technologies C.A.), y World Oil Asistencia Técn~ica; que se
dedican a desarrollar formulaciones microbiológicas con la finalidad de ofrecer
soluciones biotecnológicas para la indi~stria petrolera, principalmente en las áreas de
biorremediación y recuperación mejorada de crudo. Estas empresas prestan sus
servicios a escala nacional a través de sus respectivas compañías localrss, Microbac
de Venezuela C.A. , Advanced Technologies C.A. y World Oil Asistencia 'Técnica
Microbac de Venezuela tiene en el mercado varias líneas de productos
microbiológicos, pero las operaciones dg esta unidad de explotación sólo se han
utilizado los productos Para-Bac PlusTM y Corroso-BacTM. El producto Para-Bac Plus
(PBS+) permite controlar la deposición de parafinas debido a la acción de los
bioproductos generados por las cepas bacterianas que lo componen. De igual
manera, el producto Corroso-Bac (CB) puede inhibir la corrosión y la formación de
precipitados inorgánicos al mismo tiempo que contribuye a controlar la dieposición de
parafinas. Estos productos son suministrados en tambores de 208 litros (55 galones)
de capacidad que contienen las bacterias, los nutrientes o~gaiiicos y un
biocatalizador. La concentración de bacterias en estos productos está en el rango
comprendido entre 10e-lO1O bacterias por mililitro.
Mmm Teeffco
Tabla 4. Productos de Microbac utilizados en la U.E. Tía Juana Lago.
PBS+
Advanced Technologies, por su parte, tiene en el mercaclo un Único
bioproducto que contiene las bacterias latentes en forma de polvo en c:onjunto con
sus nutrientes y un biocatalizador. Este producto permite controlar la deposición de
parafinas, la formación de precipitados inorgánicos y la corrosión. Es suministrado
en sacos y la concentración de microorganismos en el misirno es de
aproximadamente 10" bacterias por gramo.
CB
World Oil Asistencia Técnica, tiene en el mercado dos bioproductos que
C 1 6-C45
contienen las bacterias latentes en forma de polvo en conjunto con sus nutrientes y
un biocatalizador. Uno de estos bioproducto, llamado BAC-Gel permite degradar el
polimero gelificado, logrando disminuir la viscocidad deéste dentro del yacimiento,
mejorando la capacidad del flujo hacia el contorno del pozo. El otro bioproducto
permite controlar la deposición de parafinas, la formación de precipitados
inorgánicos y la corrosión. Es suministrado en sacos y la concentración de
microorganismos en el mismo es de aproximadamente 10" bacterias por gramo
Acidos Grasos, Alcoholes,
Gases y Surfactantes
C1 6-C50 Inhibidores de Corrosión, Gases
y Surfactantes
Mamo Tdrico ----
2.14.2. BESCRIPCI~N DEL PROCESO DE INVECCIÓN DE MICROORCiANISMQS
El proceso de inyección de microorganismos para la estirnulación de
pozos productores de petróleo está compuesto por cuatro etapas. Inicialmente se
ejecutan las etapas de selección y preparación de los pozos para la inyección de los
microorganismos; a continuación se lleva a cabo la etapa de inyección cle la mezcla
de microbiana (microorganismos, nutrientes y catalizadores); seguida finalmente por
la etapa de evaluación de los resultados de la estimulación. Estasl etapas se
describen a continuación.
2.14.2.1. SELCCIQN DE POZOS PARA LA ESTIMULACIÓN
El análisis de los resultados de múltiples experiencias de campo en
recuperación mejorada de crudo con microorganismos han revelado que existen
ciertos parámetros que pueden garantizar aplicaciones exitosas de esta l:ecnología.
En la Tabla 5 se muestran las características generales de un pozo para
ser candidato potencial a estimulación con microorganismos. Esta infcrmación fue
recolectada de una base de datos de 3000 pozos estimulados en los Estados Unidos
y de datos obtenidos de las estimulaciones realizadas en Venezuela en más de 50
pozos. Los criterios de selección que se muestran agrupan las características de los
pozos que ofrecieron mejores resultados, sin embargo, el cumplimiento de los
mismos no siempre garantiza una respuesta favorable a la estimulac;ión. Existen
pozos con comportamientos que no se corresponden con los esperados y que
surgen debido a particularidades relacionadas directamente tanto con la geología
como con la litologia de los yacimientos donde se encuentran los misrrios. Por esto
existen pozos que reaccionan diferentemente en comparación con otros, aún cuandc
compartan características similares.
Mamo T&dm A
Tabla 5. Selección de Pozos Candidatos a Estimulación con Microo~rganismos
1 No existen limitantes para el tipo de yacimiento. Se
Litología del Yacimiento
Permeabilidad
han obtenido buenos resultados en yacimientos
tanto de areniscas como de calizas naturalmente
Porosidad
Se recomiendan permeabilidades mayores de 100
milidarcys (mD). A mayor permeabilidad mayor
incremento en la producción y mayor será el área
de desplazamiento de los microorganismos.
Mayor al 10 Oh con un rango óptimo de 20 a 30%.
1 Temperatura
Gravedad API del crudo
Se recomienda un máximo 120 "C para
microorganismos no termotolerantes. l
Se recomienda su aplicación en crudos; medianos
de 20 a 27 O API con alto contenido de saiturados.
Presión
No es limitante. Sin embargo Se recomiendan
pozos con presiones mayores a 500 psi con
gradientes superiores a 0.3 psilft.
Período Geológico
Mioceno y Eoceno. Los pozos del mioceno han
ofrecido mejores resultados por ser de arenas no
consolidadas y tener mejores pi.opiedades
petrofísicas. Se han estimulado pocos pozos del
eoceno.
1 Potencial del Pozo A mayor saturación residual de crudo mayor
recobro. Se recomienda para S,, > 30%.
Producción de Agua
Espesor de la arena
productora
Mayor al 3% con un rango óptimo de 5 a (30%.
A mayor espesor mayor recobro. Se recomiendan
espesores de arena mayores a 6 m (20 ft:).
2.14.2.2. PREPARAGI~N DE LOS BOZOS P A M LA INVE(ZCIÓN DE
MICRBOWGANISMBS
La preparación de los pozos seleccionados consiste bálsicainente en la
realización de dos actividades. En primer lugar, una verificación de fondo en los
pozos para garantizar que no existen obstrucciones o taponamientos (que puedan
obstaculizar la entrada del fluido microbiano hacia la formación; y en segundo lugar,
el cierre de la producción en los mismos según las recorriendaciones
correspondientes a los métodos de levantamiento utilizados.
En los pozos donde se utiliza el levantamiento artificial por gas, se
recomienda cerrar el flujo de gas de inyección en el múltiple de gas respectivo,
cerrar la Iínea de gas en el pozo, desahogar totalmente el espacio anular revestidor-
tubería de producción y cerrar la válvula maestra del pozo. En los pozc~s donde se
utiliza el bombeo mecánico, se recomienda apagar el motor del balancíii y cerrar la
línea de flujo luego de estabilizada la presión en el espacio anular.
Es importante que cada pozo quede preparado con precisa antelación de
manera que sea posible realizar la estimulación con el menor irripacto a la
producción. Por una parte, la falta de antelación puede causar pérdidas de tiempo
innecesarias a la unidad de bombeo encargada de la inyección de los
microorganismos; por la otra, el exceso de antelación puede originar cliferimientos
en la producción.
2.14.2.3. INVECCIÓN DE MlCRQORGANlSMOS EN LOS POmS
La inyección de los microorganismos se realiza mediante una unidad de
bombeo con capacidad suficiente para manejar los volúmenes de fluido microbiano
requeridos por cada pozo durante el proceso de estimulación.
Una vez situada la unidad de bombeo en el pozo, se deber1 conectar y
probar las líneas de inyección con 21 MPa (3000 psi) de presión. A continuación se
prepara la solución microbiana según las indicaciones de la empresa proveedora de
los microorganismos. Finalmente, se procede a mezclar 'la solución polr espacio de
una hora antes de inyectarla al pozo. La inyección se realiza a una tasa de 160-795
Um (1-5 bbllm), a una presión aproximada de 14 MPa (2000 psi) pero riunca mayor
a 17 MPa (2500 psi), para evitar un posible fracturamiento de la formación debido a
la alta presión del fluido de inyección. Dependiendo de la condición niecánica del
M a m Teódco
pozo esta inyección se realiza a través de la tubería de producción o del espacio
anular.
El volumen de solución a inyectar se calcula basándose en el espesor de
la arena productora a tratar y en función del radio de penetración quie se desea
alcanzar dentro de la misma. Siempre se estima invadir un radio mininio de 2-4 m
(6-12 f t ) con la finalidad de remover daños de formación alrededor del fondo pozo.
Para estimar el volumen de solución a inyectar se utiliza la siguiente ecuación
empírica
donde V es el volumen de solución en barriles, h es el espesor de la arena
productora en pies, r es el radio de penetración en pies, 4 es la porosidad promedio
de la formación en pies y S, es la saturación de agua en la arena productora.
Usualmente se asume un valor aproximado de 0.7 para efectos de cálculo.
La solución está compuesta por una cantidad determinada tlel producto
microbiano (que contiene las bacterias, sus nutrientes y un catalizador) y un volumen
de cloruro de potasio (KCI) disueltos en un volumen determinado de agua. En esta
unidad de explotación todos los pozos son lacustres, así que el volurrien de agua
utilizado se obtiene del Lago de Maracaibo. Esta agua se filtra y se mezcla con el
cloruro de potasio hasta alcanzar una concentración de 1% en peso, con el fin de
neutralizarla y evitar el hinchamiento de las arcillas al contacto con el agua dentro de
la formación. Finalmente se agrega la cantidad del producto microbiano a utilizar la
cual depende de la tasa de producción del pozo, de la presión en el imismo y del
Mamo T&rfco
radio de penetración esperado, porque el tiempo de permanencia de los
microorganismos en la formación depende básicamente de estas variables.
Después de la inyección el pozo debe permanecer cerrado por un período
de 5 a 10 días para permitir la adaptación, reproducción y avance de los
microorganismos dentro de la formación. Este período se denomina tiempo de cierre
y también es una variable importante en el proceso de estimulación. Durante este
lapso de tiempo los microorgariismos se adaptan a las condiciones del yacimiento y
comienzan a sintetizar los bioproductos que contribuyen a recuperiar el crudo
atrapado en los intersticios de la roca. Éstos también contribuyen a mejorar la
movilidad del crudo con respecto al agua y a remover daños de formiación en el
fondo-del pozo. Todos estos beneficios se traducen en un increrriento de la
producción neta de petróleo.
2.14.2.4. EVALUAGIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA ESTIMULACI~IN
Cuando el período de cierre del pozo finaliza se debe proceder a la
reapertura cuidadosa del mismo porque esta etapa del proceso es sumamente
delicada y de su buena ejecución depende el comportamiento del pozo luego de la
inyección de los microorganismos.
La reactivación del pozo se realiza colocando un reductor de media
pulgada en su línea de flujo antes de activar el sistema de levantamiento
correspondiente (bombeo mecánico, inyección de gas, etc.). Esto se hace con la
finalidad de aprovechar la represurización local generada por los microorganismos y
también para evitar el arrastre prematuro de los mismos, que podría ocasionar
pérdida de efectividad del tratamiento. Inmediatamente después de la reactivación
se debe medir la presión en el cabezal y luego tomar una muestra dle los fluidos
producidos. Durante la primera semana de reactivación el pozo debe permanecer en
período de prueba. Si durante este período la presión en el cabezal desciende a
menos de 414 kPa (60 psi) o se comprueba que las presiones en el cabezal y en la
línea de flujo son iguales se debe sacar el reductor; por el contrario, si le presión en
el cabezal se mantiene por encima de 690 kPa (100 psi) el reductor se mantiene
hasta que ésta sea ligeramente inferior a 100 psi. En este momento se debe cambiar
el reductor por otro de una pulgada hasta que se cumpla una de las condiciones
indicadas al inicio. Cabe destacar que después de cada cambio de reductor se debe
tomar una muestra de los fluidos del pozo. Durante el primer mes de reaictivación se
debe probar el pozo una vez por semana y luego una vez al mes. El rnuestreo se
debe realizar una o dos veces por semana durante los primeros tres meses y luego
una vez al mes. Ambas actividades se extienden hasta obtener un mínirrio de cuatro
pruebas y cuatro muestras consistentes luego de la estabilización de la producción.
En la figura 3 se muestra de manera esquemática el procedimiento de e\raluación de
un pozo después de haber sido estimulado con microorganismo,
La efectividad del tratamiento se determina en función a las variables de
producción que se pueden monitorear mediante el análisis de las muestras tomadas
del pozo. Principalmente, las variables estudiadas son la producción brut'a de fluidos,
la producción neta de petróleo y la producción neta de agua. Los com~~ortamientos
de cada una de ellas pueden variar notablemente y en función a los mismos se
establece si la respuesta al tratamiento es efectiva. Los valores de referencia para
cada variable se estiman en función a un análisis económico previo a la inyección
del pozo. Según el mismo se establece la tolerancia en cuanto a la producción
rriínima de petróleo y la producción máxima de agua durante un período dado (3-6
meses) para que la aplicación del tratamiento sea económicamente rentable.
Memo Peórlco
Figura 3 . Esquema de evaluación de pozos, despues de haber sido estimulado
con bacterias.
bacterias l Inyectar l Periodo de incubación (7 ó 10 días)
Durante 5 días: Diagnbstico de
condiciones de L.A.G. Presiones manométricas Pruebas de producción
Toma y anhlisis de muestras
consistentes Talmar y analizar miiestras
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