microbial enhanced oil recovery m.e.o.r

Microbial Enhanced Oil

Recovery (M.E.O.R)

Métodos especiais de recuperação

1

Microbial Enhanced Oil

Recovery (M.E.O.R)

Trabalho apresentado à disciplina de Métodos Especiais de

Recuperação, ministrada pelo professor doutor Oldrich Joel

Romero.

2

Grupo:

Euder filho;

Isabela Mendes;

Wagner Queiroz

Flavio Rios;

Rodrigo Simões

São Mateus, 2013

SUMÁRIO

• INTRODUÇÃO;

• O MÉTODO M.E.O.R;

• ESQUEMA DE INJEÇÃO;

• VANTAGENS DO M.E.O.R;

• M.E.O.R NO BRASIL;

• ESTUDO DE CASO 1;

• ESTUDO DE CASO 2;

• CONCLUSÃO.

.

3

INTRODUÇÃO

A história da recuperação de óleo utilizando bactérias

(M.E.O.R)

4

INTRODUÇÃO

• Por mais de quatro décadas, microbiologistas se esforçam para

desenvolver tecnologias para aumentar a produção de

hidrocarbonetos;

• Beckman em 1926 sugeriu pela primeira vez a utilização de

microrganismos para recuperação de petróleo;

• Pesquisas em baixa 1926 – 1940;

• Em 1947, ZoBell deu início a uma nova era de pesquisas

relacionadas à M.E.O.R;

5

INTRODUÇÃO

• ZoBell explicou os principais mecanismos responsáveis pelo

processo de recuperação de óleo:

– Produção de ácida devido a dissolução dos carbonatos;

– Dissolução dos sulfatos;

– Produção de gases para re-pressurizar o reservatório e recuperar o óleo;

– Produção de biosurfactantes;

– Redução da viscosidade relativa do óleo.

• O primeiro teste de campo foi realizado no campo de Lisbon,

Union Country, em 1954.

• Após alguns testes, Kuznetsov concluiu que existe bactérias

em reservatórios capazes de, anaerobicamente, transformar

óleo em gás (CH4, H2, CO2, N);

6

INTRODUÇÃO

• Entre os anos 1970 – 2000, foram realizadas algumas

investigações que comprovaram a existência de vida

microbiotica em reservatórios de petróleo.

• As pesquisas nesta área foram impulsionadas a partir de 1970.

Sucesso do M.E.O.R

Figura 1: Congressos realizados

7

M.E.O.R

Microbial Enhanced Oil Recovery

8

M.E.O.R

• Microbial Enhanced Oil Recovery – M.E.O.R: é uma técnica

biológica que consiste em manipular os microrganismos

existente nos reservatórios de petróleo;

• É uma técnica avançada de recuperação de petróleo, no qual

permite uma recuperação de cerca de 2/3 de óleo (Sen, 2008);

• A bactérias podem ser cultivadas em laboratórios ou no próprio

reservatório.

9

M.E.O.R

• Algumas das espécies de bactérias são injetadas

com água, seguidas da injeção de um nutriente

para estimular o crescimento (biomassa);

– Gerando a formação de biopolímero in-situ;

• Objetivo: Viscosificar a água facilitando a varredura;

• Principio semelhante a injeção de polímeros;

– Bloquear canais ou regiões de maior permeabilidade

Aumento do fator de recuperação;

10

M.E.O.R

• O incremento na produção pode ser feito por efeitos

biológicos:

Reações metabólicas

Nutrientes

Meio aquoso

Bactérias

• Quebra de cadeias mais

longas dos HC, produzindo

óleo mais leve.

• Duplamente interessante;

11

M.E.O.R

• Microrganismos:

– Extremophiles, incluindo halophiles, barophiles e termófilos;

• Nutrientes:

– Hidrato de carbono fermentado incluindo molassos;

• Bioprodutos gerados in-situ:

– Ácido e gases, biosurfactantes, solventes etc.

12

Figura 2: Processo M.E.O.R .

Bioproduto Efeito

Ácidos Gases (CO2, CH4, H2) Solventes Polímeros

Modificação da rocha reservatório; Aumento da porosidade e permeabilidade. Pressuriza o reservatório; Expansão do oleo; Redução da viscosidade; Diminui a tensão interfacial. Controle da mobilidade

Tabela 1: Tipos de bioprodutos formados in-situ

13

M.E.O.R

• A média do tamanho das bactérias é de um micron. Mais de 27

mil espécies de bactérias já foram identificadas;

• As bactérias podem apresentar

três formas básicas: round

(coccus), rod (bacillus) e spiral

(spirillum).

14

Figura 3: Forma das bactérias.

Esquema de injeção

15

Figura 4: Esquema de injeção.

Esquema de injeção

Produção de bactérias: 10 m3/dia;

Taxa de injeção: 150-200 m3/dia.

16 Figura 5: Esquema real de injeção.

Vantagens M.E.O.R

1. As bactérias e os nutrientes são baratos, fácil de obter e

controla-los em campo;

2. Economicamente atraente a produção de campos de

petróleo maduros e adequadas antes do abandono dos poços

marginais;

3. Os produtos utilizados são todos biodegradáveis, logo, são

ambientalmente aceitos;

4. São particularmente adequados para reservatórios de

carbonato onde alguns métodos de recuperação secundária

não são aplicadas de forma eficiente. 17

Produção antes e depois da injeção de

bactérias

http://www.rambiochemicals.com/docs/mp_meor_mior.pdf

18

Figura 6: Produção antes e depois da injeção.

Análise de sensibilidade da porosidade

http://www.rambiochemicals.com/docs/mp_meor_mior.pdf

19

Figura 7: Análise de sensibilidade da porosidade.

M.E.O.R no Brasil

• Projeto piloto conduzido pela Petrobras no campo de

Carmópolis, em Sergipe.

• Os estudos fazem parte do Programa de Recuperação

Avançada de Petróleo (Pravap).

• Motivação: Foi identificado uma bactéria nativa do

reservatório de Carmópolis capaz de produzir

biopolímeros;

• "As condições do Brasil são muito boas para esse

trabalho porque temos uma temperatura favorável e uma

grande diversidade de flora microbiana", Antônia Torres.

20

ESTUDO DE CASO 1

“MICROBIAL-ENHANCED WATERFLOODING FIELD

PILOTS” Autor: Rebecca S. Bryant, Anita K. Stepp, Kathy M. Bertus,

Thomas E. Burchfielda, and Mike Dennisb

21

Testes Piloto

Unidade Mink

• Campo Delaware-Childers, Oklahoma.

Campo Phoenix

• Formação Bartlesville

22

• Projeto de campo iniciado em 1986;

• Unidade Mink, no Campo Delaware-Childers,

Oklahoma;

• Objetivos:

– Possibilidade de injeção em um processo de

injeção de água já em andamento

– Determinar se esta injeção poderia aumentar

a taxa de produção de óleo

Unidade Mink

23

Unidade mink

24 Figura 8: Malha.

• Injeção de água iniciou em 1954 e continuava

em operação até o período do início do projeto.

• Saturação de óleo irredutível estimada em 25%.

• Volume de óleo recuperável por injeção de água

na área piloto no início do projeto: 40 mil barris.

• Área de 160 acres, dos quais 110 são

produtivos.

Unidade mink

25

Tabela 2: Propriedades do reservatório – Unidade Mink

Unidade mink

26

Injeção de Traçadores

Químicos

• Determinar:

– Padrões de fluxo dos fluidos injetados;

– Existência de canalização significativa;

– Existência de comunicação entre poços

produtores e os quatro poços injetores

tratados.

• Padrão de fluxo com sentido nordeste e

presença de pequenas estrias de alta

permeabilidade.

27

Injeção de Bactérias e

Nutrientes

Injeção de traçadores

Injeção de bactérias e nutriente

Backflush de poços:

presença de surfactantes

Retomada a injeção de

água

28

Avaliação do Projeto

29

Figura 9: Razão gás-óleo média dos poços produtores monitorados

Avaliação do projeto

30

Tabela 3: Produção de óleo com a injeção de bactéria.

Análise econômica

• Maior parte do custo é relacionada ao nutriente

• Foram utilizadas 18.7 ton de nutriente, com

custo de $100/ton e recuperados 577 barris de

óleo adicional

• Custo do projeto: $3,24/bbl adicional de óleo

• Não foram considerados outros custos de

injeção ou recuperação esperada após infill

drilling 31

Campo Phoenix

• Em 1988, a Comdisco adquiriu a Unidade Mink;

• Testes de compatibilidade foram realizados e o

projeto foi realocado para o Campo Phoenix.

• O objetivo do teste piloto é determinar a forma como o

processo pode ser expandido para todo o campo e

sua viabilidade econômica.

32

Campo phoenix

33

Figura 10: Mapa do Campo Phoenix

Campo Phoenix

34

Tabela 4 Propriedades do reservatório do campo de Phoenix

Injeção de traçadores

Injeção de bactérias e nutriente

Presença de surfactantes

e ácido

Retomada a injeção de

água

Resultados químicos

35

Resultados químicos

36

Figura 11: Mapa da estação de injeção do campo Phoenix

• A formulação microbiana composta por NIPER

1A e NIPER 6 foi selecionada para injeção

neste campo.

NIPER 1A:

• Variação da mesma bactéria

Bacillus licheniformis, usada

no Mink Unit.

• Produziu Surfactante e

ácido através do nutriente.

• Apresentou crescimento

insatisfatório em comparação

à Unidade Mink.

NIPER 6:

• São espécies de Clostridium;

• São menores em tamanho

do que as NIPER 3

Clostridium, usadas na

Unidade Mink.

• Escolhidas devido à baixa

permeabilidade do campo.

Resultados químicos

37

• Pressão e volume injetados praticamente não

variaram após a injeção microbiana.

Avaliação do Projeto

Figura 12: Volumes e Pressões de injeção antes e após a MEOR

38

Figura 13: Produção de óleo do campo Phoenix

Avaliação do projeto

39

Análise econômica

• As despesas com nutriente e instalações da

estação de injeção foram $12.832.

• 2508 barris acima da quantidade prevista foram

recuperados, a $20/bbl.

• Lucro: $37.328

40

Considerações finais

• Na Unidade Mink, a produção de óleo aumentou

13% em relação ao valor projetado e o valor

BSW caiu para 35%.

• No Campo Phoenix, houve um incremento de

14% na produção de óleo, em relação ao valor

projetado.

• Não houve nenhum impacto significativo ao

meio ambiente.

41

ESTUDO DE CASO 2

“Teste de fermentação in-situ no campo de Daqing,

China” Autores: Chun Ying Zhang and Jing Chun Zhang

42

43

Figura 14: Localização do campo.

Campo de Daqing

• Campo de óleo pesado, situado no nordeste

da China, descoberto em 1956.

• Possui 2.2 bilhões de toneladas de óleo

bruto, e é explorado pela Daqing OilField.

44

• O estudo se deu em duas partes:

– 1ª ocorreu em laboratório e utilizando simulação

numérica, de forma a se avaliar a performance do

método em condições controladas, e;

– a 2ª ocorreu no campo com a melhor configuração de

bactérias.

Campo de Daqing

45

1ª PARTE

46

• As bactéria utilizadas nesse projeto eram

obtidas, e cultivadas de três fontes:

1. Re-injeção de bactérias do reservatório;

2. Refinarias de açúcar;

3. Bactérias presentes em solos

contaminados.

Vantagens Ambientais

Bactérias

47

• Xanthemonas compestris; (SU 2-1)

• Bacillus licheniformis; (SU 1-2-3)

• Pseuodomonas aeruginosa. (SU 4-1-2)

SU 2-1

Tipos de Bactérias

48

Figura 15: SU-21.

Princípios de Funcionamento

1. Converter óleo pesado em óleo leve, melhorando a

mobilidade;

2. Gerar ácidos orgânicos que reduzem a tensão

interfacial entre a água e o óleo;

3. Gerar CO2 in-situ, entre 15 e 20 ml de CO2, para

cada ml de poro.

49

Análise de Resultados

• Foi utilizado cromatografia para comparar os

hidrocarbonetos antes e depois da

fermentação;

• O parâmetro de comparação é o índice de

pristane/C17 : phytane/C18 presente, sendo

que quanto maior esta razão, melhor foi a

degradação do óleo. 50

51

Tabela 5: Efeito da bactéria nas propriedades do óleo cru.

Redução de tensão interfacial

52

Tabela 6: Efeito do ácido orgânico - Redução da tensão interfacial.

Degradação do óleo

Melhor

53

Figura 16: Cromatografia para a bactéria SU 5-2.

54

Figura 11: Cromatografia 2. Para outro tipo de bactéria.

Resultados do efeito do CO2

• O CO2 além de ser um gás miscível, ainda produz

um aumento considerável de pressão no

reservatório, devido às grandes quantidades

geradas.

• Nessas condições foram observadas em diversos

testes um aumento entre 5% e 17% de óleo residual

produzido.

55

Efeito do CO2

56

Figura 18: Pressão versus dias.

2ª PARTE

57

Teste em campo

• Para se obter um resultado condizente:

– Os métodos de elevação não foram retirados;

– Os poços não foram recompletados;

– As soluções com bactérias injetadas nos tubos de produção

existentes.

• Os resultados foram comparados com dados pré-

existentes dos mesmo poços, e com análises

químicas do óleo.

58

• As bactérias foram cultivadas em uma planta de

tratamento, e os poço ficaram fechados para

fermentação por um período de no mínimo 40

dias.

• Cuidados especiais foram tomados para que as

bactérias não vazassem para o meio ambiente.

Teste em campo

59

Resultados de CO2

60

Ante

s

1% CO2 D

epo

is

11%

CO2

Em um único poço 50% de CO2

Crescimento da pressão

61

Figura 19: Gráfico de Tubing pressure versus shut in.

Resultados químicos

• Redução das bactérias em 6 meses:

• A tensão interfacial reduziu drasticamente.

62

An

tes

1.6E+7

a cada ml D

ep

ois

1.3E+2

a cada ml

Vida longa das

bactérias @P,T

• Aumento de C15:

Resultados químicos

63

An

tes

2%

De

po

is

5%

Ponto de destilação

reduziu para 10º

Óleo pesado óleo leve.

Maior valor

comercial!

Aumento de produção

• Após o período de 8 meses, um dos poços apresentou

um redução de water-cut de cerca de 5%;

• A produção de óleo:

• Neste período foi produzido um adicional de 480

toneladas de óleo, somente em um poço.

64

Ante

s

3.5 ton/d D

ep

ois

5.5 ton/d

• Em um poço com maior saturação de óleo:

• Após um período de 18 meses. E a produção

de gás quase que dobrou.

Aumento da produção

65

An

tes

7.6 ton/d D

ep

ois

11.0 ton/d

Pico de 25.0

ton/d

Considerações finais

• O método de fermentação in-situ se mostrou

estável ao longo prazo, sendo o aumento de

produção expressivo nos poços utilizados;

• A completação do campo não foi mudada,

sendo que um novo layout poderia produzir

resultados ainda maiores. 66

CONCLUSÃO

67

Conclusão

• Em decorrência de um processo histórico de

evolução nas pesquisa microbiológica:

– Conclui-se que o M.E.O.R se destaca como uma

forma de recuperar quantidades previamente residuais

de petróleo;

– Alterando a propriedade dos fluidos e da rocha

reservatório, reduzindo a razão de mobilidade,

aumentando para até 2/3 a recuperação final.

68

Referências

• Sen, R., Biotechnology in petroleum recovery: The microbial EOR. Progress in Energy

and Combustion Science, 2008. 34(6): p. 714-724.

• Rosa, A. J. Engenharia de Reservatório (2006);

• Htt p://ecen.com/seminario_clube_de_engneharia/30092004/recuperac_sec_petrol.pdf

Acessado no dia 06 de abril.

• Bryant et al. Microbial-Enhanced Waterflooding Field Pilots. 1993. A Pilot Test of EOR

by In-Situ Microorganism Fermentation in the Daqing Oilfield, Chun Ying Zhang

and Jing Chun Zhang, Petroleum Administrative Bureau, Hailung Jang, China;

• Rebecca S. Bryant, Anita K. Stepp, Kathy M. Bertus, Thomas E. Burchfielda, and Mike

Dennisb; - Microbial-Enhanced Waterflooding Field Pilots. (1992);

• Oil Research Program Implementation Plan, U.S. DOE Report No. DOE/FE-O188P,

April, 1990.

• Hamid Rashedi , Fatemeh Yazdian and Simin Naghizadeh. - Microbial Enhanced Oil

Recovery

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