Implementación de soluciones más efectivas de control microbiano en

sistemas industriales a través del monitoreo microbiológico y biología

molecular y del desarrollo de nuevas soluciones de control microbiano

Geert M. van der Kraan, PhD

Especialista en I&D, DOW Microbial Control, Europa y Medio Oriente

Documento IBP 1812_12 - E-póster electrónico

18 de septiembre de 2012

Contenidos

Por qué es necesario el control microbiano

Control microbiano en el ámbito del gas y el petróleo

Administración del agua (un enfoque de 2 fases)

Caso de estudio 1 (fase 1): Descripción del sistema, identificación de las áreas de

preocupación

resultado

Caso de estudio 2 (fase 2): Análisis para encontrar las soluciones óptimas

resultado

Conclusión

Futuros trabajos

Por qué es necesario el control microbiano

La diversidad microbiana es inmensa y está llena de diferentes actividades metabólicas

(a menudo perjudiciales).

Producción de H2S/Oxidación de metales

Los comúnmente denominados ‘Ecosistemas Diseñados’ dan origen al crecimiento

microbiano no deseado

(dado que las actividades metabólicas tienden a afectar la estructura y función)

Los microorganismos tienden a crecer en estructuras con capas denominadas biofilms

(que, una vez establecidas, son difíciles de eliminar) y causan una serie de problemas

Biofilm de Staphylococcus aureus Pseudomonas chlororaphis

en reservorio (idealizado)

Halomonas spp.

Si bien son pequeños, los microorganismos en general pueden causar daños graves en los

ecosistemas diseñados y, en consecuencia, generar grandes pérdidas económicas

Problemas específicos para la Industria del Petróleo

Destrucción de la calidad del

petróleo debido a la formación

biogénica de H2S

Acidificación y obstrucción

del reservorio debido a

biocontaminación de bacterias

reductoras de sulfato (SRB)

(problemas de inyección)

MIC y contaminación,

incrustaciones y obstrucciones

en la línea de producción

MIC y contaminación,

incrustaciones y obstrucciones

en la línea de inyección

de corrosión por influencia

microbiana (MIC) marina sobre el

acero

Contaminación de la planta de

desalinización/OI

(agua potable – patógenos)

Contaminación del (sistema de)

almacenamiento y refinería,

incrustaciones y crecimiento

Todos estos problemas comparten sus causas:

• Presencia de agua (salina)

• Presencia de un hidrocarburo como donante de carbono

Todos estos problemas se deben controlar.

Administración y tratamiento efectivo del agua

con una solución optimizada (2 fases)

A fin de mantener un sistema bajo un control efectivo con el uso

mínimo de productos químicos, DMC recomienda un enfoque de 2 fases:

1) Una evaluación integral del sitio aplicando:

• Técnicas microbiológicas ‘tradicionales’

• Las futuras técnicas novedosas de biología molecular

Permite la identificación de áreas de preocupación/ gravedad del problema/ cómo solucionarlo

Tratamiento (ubicación/¿es el tratamiento efectivo?, etc.)

2) Encontrar la solución de control microbiano óptima a través de:

• Simulación con la mayor precisión posible de las condiciones del sitio en el laboratorio

• Análisis de diferentes soluciones a través de tecnologías de análisis de alto rendimiento

Permite encontrar la solución optimizada más efectiva para la condición y

ubicación específicas de cada cliente

(no existe una única solución para cada caso, ya que la situación de cada cliente es

única)

Caso de estudio 1: Evaluación de la situación

(administración del ciclo del agua)

Cuantificación de células, diversidad microbiana y análisis geoquímico de un

yacimiento petrolífero (on-shore) europeo y su sitio de separación de petróleo-agua

asociado (Próxima generación: enfoque de pirosecuenciación basada en ADN)

Motivos:

Monitoreo de rutina grandes cantidades de células

El programa de biocidas aplicado no fue efectivo:

Aún no hay presencia de acidificación en el fondo del pozo,

se observó gran cantidad de acidificación en el lateral superior:

(preocupación por la acidificación en el pozo profundo)

Excreción

Absorción de

nutrientes

Medio ambiente

Resumen (S1) Poca cantidad de células y H2S detectada. Desulfotomaculum solfataricum

(1*104 células/ml)

Preocupación baja

(S3) Gran cantidad de células y hierro libre.

Una comunidad diversa presenta niveles celulares superiores a 100× el agua producida. (1*107 células/ml)

fuente de infección para el sistema y alta preocupación

(S2) cantidad de células 10 veces mayor y H2S detectada. Desulfocaldus (juega un papel dominante en el sistema),

mayor preocupación

(S4) Se detectó la misma cantidad de células que el agua de entrada y Fe2+ libre. Desulfocaldus

mayor preocupación.

(S6) Gran cantidad de células: Desulfocaldus, altos niveles de H2S detectados

(1*106 células/ml) – 50-75% SRB

alta preocupación.

(S5) Poca cantidad de células, sistema completamente aeróbico.

Preocupación baja

Se propuso otro punto de incorporación de biocidas y destino alternativo

para el agua del tanque de almacenamiento de petróleo (en base al

resultado)

Biología Molecular – Agua de entrada

Identificación de organismos perjudiciales

Sólo la biología molecular puede darle

este nivel de detalle superando las

pruebas tradicionales

La interpretación y la combinación con

los datos geoquímicos es clave

% Nombre de la secuencia más cercana Taxonomía

42,08 Desulfocaldus sp. str. Hobo Bacterias Proteobacterias

11,59 hebra aislada S2651 Bacterias Proteobacterias

5,78 Desulfobulbus sp. str. DSM 2033 Bacterias Proteobacterias

4,76 clon digestor anaeróbico AA64 Bacterias Firmicutes

4,7 Desulfacinum subterraneum str. 101 Bacterias Proteobacterias

4,7 Desulfobulbus rhabdoformis str. M16 Bacterias Proteobacterias

3,01 Flexistipes sp. vp180 Bacterias Deferribacteres

1,33 BC20-1B-56 Bacterias Chloroflexi

1,32 clon de bacteria sin cultivo BUD14 Bacterias Chloroflexi

1,15 clon de bacteria sin cultivo A10 Bacterias Chloroflexi

1,11 clon de bacteria sin cultivo 12-24 Bacterias Firmicutes

18,47 remanente

remanente 18,47

clon de bacteria sin

cultivo 12-24, 1,11

clon de bacteria sin

cultivo A10, 1,15

clon de bacteria sin

cultivo BUD14, 1,32

BC20-1B-56,

1,33

clon

digestor

anaeróbico

AA64, 4,76

Hebra aislada S2651,

11,59

Caso de estudio 2:

Encontrar una solución optimizada (fase 2)

Se aislaron microorganismos autóctonos: reductores de sulfato y productores

de ácido de diferentes ubicaciones en un yacimiento de Shale gas en EE.UU.

Las soluciones de tratamiento químico se probaron en estas cepas

reproduciendo las condiciones del cliente.

Motivos:

Contaminación grave del yacimiento de shale gas

Bocas del pozo separador

Muestreo en el sitio

Resultados

Pruebas y estudios de cinética de letalidad del desafío anaeróbico HTP

Miniaturización y automatización de la microbiología

clásica métodos – numerosas variables

Pruebas y estudios de cinética de letalidad del desafío aeróbico HTP

Mecánica de biofilms a través de

videomicroscopía

Biofilms, termófilos, bacterias reductoras

de sulfato, bacterias productoras de ácido

HTP

>6.000 puntos de datos

en una jornada laboral típica

Microbiología Avanzada

Metodología de Alto Rendimiento

Métodos de Biofilm de Avanzada

Biología Molecular

Ecología Microbiana

Caso de estudio 2:

Pruebas HTP /condiciones de simulación

Corrosión por influencia microbiana

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Caso de estudio 2:

Encontrar una solución optimizada (fase 2)

Resultados del análisis microbiológico original

Fuente Recuentos celulares (potencia 10) ATP pg ml-1promedio Endosporas

SRB APB

Agua de estanque 3 5 2200 bajas

Agua de pozo 6,5 6,5 7000 bajas

Agua mezclada 5,5 7 2600 bajas

Agua mezclada-tratada 3 3,5 70 (6 horas) – 15 (24 horas) bajas

Agua de reflujo 4 5 2300 altas

Agua producida 3,5 3 200 altas

Lodo de perforación 4 7 * *

Lodo de perforación a base de petróleo 5 7 * *

¡Muy contaminado!

Caso de estudio 2:

Encontrar una solución optimizada (fase 2)

Resultados del análisis del biocida:

Combinaciones aplicadas eficacia durante 24 horas eficacia durante 48 horas eficacia durante 7 días

(150 p.p.m. w/v, activo total) SRB APB SRB APB SRB APB

Glutaraldehído/

Sal de amonio cuaternario** × × ×

Dazomet

Sal de amonio cuaternario** × × × × ×

Glutaraldehído/Nuevo activo 1 × ×

THPS/ Nuevo activo 1

Glutaraldehído/Nuevo activo 2 × ×

THPS/ Nuevo activo 2

* A × indica: no pasó los criterios establecidos para los recuentos celulares menores que 102 células ml-1, un indica: pasó este

criterio.

** El cuaternario aplicado en este caso es propiedad del operador del yacimiento y, por lo tanto, no se puede divulgar.

Biocidas aplicados (independientes) eficacia durante 24 horas eficacia durante 48 horas

eficacia durante 7 días

(150 p.p.m. w/v, activo) SRB APB SRB APB SRB APB

Glutaraldehído × × × × × ×

Dazomet × × × × × ×

THPS × × × ×

* A × indica: no pasó los criterios establecidos de una reducción de células de 3 log ml-1, un indica: pasó este criterio.

Las combinaciones basadas en THPS fueron las más exitosas

Conclusiones

• Evaluar un sistema antes del desarrollo del tratamiento ayuda a optimizar

las soluciones de control microbiano y permite el monitoreo en el tiempo.

• La microbiología clásica, combinada con el análisis Geoquímico y la

Biología Molecular, ofrecen herramientas excelentes para la evaluación y

comprensión del sistema y permiten una mejor administración del agua

(mayor detalle e información).

• Permite mejorar la administración del agua y una aplicación más efectiva

del tratamiento químico.

• En especial, las nuevas combinaciones de tratamiento químico con THPS

obtuvieron un mejor resultado para controlar el yacimiento de Shale gas.

Futuros trabajos

• Ampliar las investigaciones sobre Biología Molecular con secuenciación

de próxima generación in-situ y a través de colaboraciones externas con

socios académicos.

• Trabajar para anticipar problemas de control microbiano a través del

diagnóstico avanzado

• Desarrollo permanente de nuevos tratamientos químicos con mejor

rendimiento y más sustentables

Geert M. van der Kraan, PhD

Especialista en I&D, DOW Microbial Control, Europa y Medio Oriente

Documento IBP 1812_12 - E-póster Electrónico

18 de septiembre de 2012

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