Implementación de soluciones más efectivas de control

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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
Documento IBP 1812_12 - E-póster electrónico
18 de septiembre de 2012
Geert M. van der Kraan, PhD
Especialista en I&D, DOW Microbial Control, Europa y Medio Oriente
Contenidos
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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
Contaminación de la planta de
desalinización/OI
(agua potable – patógenos)
Contaminación del (sistema de)
almacenamiento y refinería,
incrustaciones y crecimiento
de corrosión por influencia
microbiana (MIC) marina sobre el
acero
MIC y contaminación,
incrustaciones y obstrucciones
en la línea de inyección
MIC y contaminación,
incrustaciones y obstrucciones
en la línea de producción
Acidificación y obstrucción
del reservorio debido a
biocontaminación de bacterias
reductoras de sulfato (SRB)
(problemas de inyección)
Destrucción de la calidad del
petróleo debido a la formación
biogénica de H2S
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
Medio ambiente
(Próxima generación: enfoque de pirosecuenciación basada en ADN)
Excreción
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)
Absorción de
nutrientes
Resumen
(S1) Poca cantidad de células y H2S
detectada.
Desulfotomaculum solfataricum
(1*104
células/ml)
Preocupación baja
(S2) cantidad de células 10
veces mayor y H2S detectada.
Desulfocaldus (juega un papel
dominante en el sistema),
(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
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
(S4) Se detectó la misma cantidad de
células que el agua de entrada y Fe2+
libre. Desulfocaldus
mayor preocupación.
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
%
Nombre de la secuencia más cercana
Taxonomía
42,08
11,59
5,78
4,76
4,7
4,7
3,01
1,33
1,32
1,15
1,11
Desulfocaldus sp. str. Hobo
hebra aislada S2651
Desulfobulbus sp. str. DSM 2033
clon digestor anaeróbico AA64
Desulfacinum subterraneum str. 101
Desulfobulbus rhabdoformis str. M16
Flexistipes sp. vp180
BC20-1B-56
clon de bacteria sin cultivo BUD14
clon de bacteria sin cultivo A10
clon de bacteria sin cultivo 12-24
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
18,47
remanente
Proteobacterias
Proteobacterias
Proteobacterias
Firmicutes
Proteobacterias
Proteobacterias
Deferribacteres
Chloroflexi
Chloroflexi
Chloroflexi
Firmicutes
remanente 18,47
clon de bacteria sin
cultivo 12-24, 1,11
clon de bacteria sin
cultivo A10, 1,15
Sólo la biología molecular puede darle
este nivel de detalle superando las
pruebas tradicionales
clon de bacteria sin
cultivo BUD14, 1,32
La interpretación y la combinación con
los datos geoquímicos es clave
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
Caso de estudio 2:
Pruebas HTP /condiciones de simulación
Microbiología Avanzada
Metodología de Alto Rendimiento
Métodos de Biofilm de Avanzada
Biología Molecular
Ecología Microbiana
Pruebas y estudios de cinética de
letalidad del desafío aeróbico HTP
Miniaturización y
automatización de
la microbiología
clásica
métodos –
numerosas
variables
Pruebas y estudios de cinética de
letalidad del desafío anaeróbico HTP
Mecánica
de biofilms
a través de
videomicroscopía
>6.000 puntos de datos
en una jornada laboral típica
Biofilms, termófilos, bacterias reductoras
de sulfato, bacterias productoras de ácido
HTP
Corrosión por influencia microbiana
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Caso de estudio 2:
Encontrar una solución optimizada (fase 2)
Resultados del análisis microbiológico original
Recuentos celulares (potencia 10) ATP pg ml-1promedio
SRB
APB
Agua de estanque
3
5
2200
Agua de pozo
6,5
6,5
7000
Agua mezclada
5,5
7
2600
Agua mezclada-tratada 3
3,5
70 (6 horas) – 15 (24 horas)
Agua de reflujo
4
5
2300
Agua producida
3,5
3
200
Lodo de perforación 4
7
*
Lodo de perforación a base de petróleo
5
7
Fuente
¡Muy contaminado!
Endosporas
bajas
bajas
bajas
bajas
altas
altas
*
*
*
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)
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
SRB
APB
SRB
APB
SRB
APB
×



×
×
×
×

×

×
×

×






×




×




×




* 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 7 días
(150 p.p.m. w/v, activo)
Glutaraldehído
Dazomet
THPS
SRB
×
×

APB
×
×

eficacia durante 48 horas
SRB
×
×
×
APB
×
×
×
SRB
×
×
×
APB
×
×
×
* 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
¡Gracias!
Documento IBP 1812_12 - E-póster Electrónico
18 de septiembre de 2012
Geert M. van der Kraan, PhD
Especialista en I&D, DOW Microbial Control, Europa y Medio Oriente
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