Biotech strategies to improve the quality of crude oils

Abstract

The isolation and identification of microorganisms with potential for bioconversion in petroleum fields is of great relevance, since these organisms may be related to a decrease in petroleum quality in the reservoirs or cause damages in the production facilities; furthermore, microorganisms with beneficial effects and activities can also be found. In that sense, a petroleum sample was obtained from a Brazilian oil field (oil well CLB), with the aim of isolating microorganisms and evaluating their ability to degrade different hydrocarbons, in particular long chain n-alkanes. Twenty-three isolates were obtained from the oil sample: fourteen bacterial isolates and nine filamentous fungi. Five isolates were identified as Pseudomonas sp. according to their macroscopic characteristics. The Pseudomonas sp. strains were selected due to their high biosurfactant-producing ability. The biosurfactants produced by those isolates reduced the surface tension of water from 72 to 30 mN/m, and exhibited emulsifying activities of almost 60%. Furthermore, one of the filamentous fungi isolated, identified through morphological and molecular techniques as Scedosporium spp., produced a bioemulsifier growing in a medium containing 30% (v/v) of oil mill wastewater (OMW). This bioemulsifier exhibited high stability at extreme conditions of pH and salinity. Oil treatments using microorganisms to improve the API degree of heavy crude oils constitute an innovative approach. In that sense, the Mukhaizna crude oil (heavy oil) was subjected to treatments with filamentous fungi, Pseudomonas sp. and Bacillus subtilis strains, all of them isolated from oil samples. However, none of the assays performed improved the quality of this oil. Other promising biotechnological application is Microbial Enhanced Oil Recovery (MEOR), which is potentially useful to increment oil recovery from reservoirs beyond primary and secondary recovery operations using microorganisms and their metabolites. In this work, a sand-pack column model was used to simulate the oil recovery operations and evaluate the mobilization of residual oil by three filamentous fungi isolated from the oil sample, with additional oil recoveries ranging from 1.9 to 9.2%. In conclusion, although the main objective of this work couldn’t be achieved (improve the quality of Mukhaizna crude oil), the results obtained show that microorganisms isolated from oil reservoirs can be useful for several applications, not only in the oil industry, but also in other areas such as waste management and the production of surface-active compounds for several applications.

O isolamento e identificação de microrganismos com potencial de bioconversão nos campos petrolíferos é de grande relevância, devido ao relacionamento dos organismos com a diminuição da qualidade do petróleo nos reservatórios ou dos danos causados nas instalações de produção. Além disso, microrganismos com actividades benéficas podem também ser encontrados. Nesse sentido, foi recolhida uma amostra de um campo de petróleo brasileiro (poço petrolífero CLB), com o objectivo de isolar microorganismos e avaliar a capacidade desses degradarem diferentes compostos. Vinte e três isolados foram isolados a partir da amostra de óleo: catorze bactérias e nove fungos filamentosos. Cinco isolados foram identificados como Pseudomonas sp. de acordo com as suas características macroscópicas e apresentaram capacidade de produzir biossurfatantes. Os biossurfatantes produzidos por estes isolados reduziram a tensão superficial da água de 72 para 30 mN/m e exibiram actividades emulsionantes de quase 60%. Além disso, um dos fungos filamentosos isolados, identificado através de técnicas moleculares e morfológicas como Scedosporium spp. produziu um bioemulsionante num meio contendo 30% (v/v) de águas ruças. Este bioemulsionante exibiu alta estabilidade em condições extremas de pH e salinidade. Os tratamentos de petróleo utilizando microrganismos como estratégia para melhorar o grau API de petróleo pesado constituem uma abordagem inovadora. Nesse sentido, o petróleo oriundo do poço do Mukhaizna foi submetido a tratamentos com fungos filamentosos, Pseudomonas sp. e estirpes de Bacillus subtilis, todos eles isolados a partir de amostras de óleo. No entanto, nenhum dos ensaios realizados melhorou a qualidade deste petróleo. Outra aplicação biotecnológica promissora é a recuperação de petróleo com utilização de microrganismos (MEOR), que é potencialmente útil para aumentar a recuperação de petróleo num reservatório. Neste trabalho, um modelo de coluna com areia empacotada foi concebido para simular as operações de recuperação de petróleo e avaliar a mobilidade de óleo residual inoculado pelos três fungos filamentosos isolados a partir da amostra de óleo, onde as recuperações adicionais de óleo variaram entre 1.9 e 9.2%. Em conclusão, embora o principal objectivo deste trabalho não tenha sido alcançado (melhorar a qualidade do petróleo do Mukhaizna), os resultados obtidos mostram quem os microrganismos isolados de reservatórios de petróleo podem ser uteis para diversas aplicações, não só na industria petrolífera, mas também em outras áreas como a gestão de resíduos e a produção de compostos tensioactivos para diversas aplicações.