Los investigadores han descubierto que los microbios que habitan en una formación de lutita fracturada hidráulicamente producen sulfuro corrosivo y tóxico a través de una vía poco conocida. Los hallazgos del equipo, publicados esta semana en mSphere ®, una revista de acceso abierto de la Sociedad Estadounidense de Microbiología, revela que la industria del petróleo y el gas puede necesitar nuevas formas de monitorear y mitigar las bacterias productoras de sulfuro en las lutitas fracturadas.
"Este es un entorno bastante inhóspito de alta presión, salinidad y temperatura a unos 2.000 metros bajo tierra. Uno pensaría que los microbios introducidos durante el proceso de fracturación morirían, pero algunos de ellos tienen una buena vida", dice Mike Wilkins., microbiólogo ambiental de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus e investigador principal del estudio. "La industria gasta una buena cantidad de dinero tratando de mantener a los microbios fuera de estos sistemas".
La fracturación hidráulica, también conocida como "fracturación hidráulica", implica la inyección a alta presión de agua, arena y productos químicos en formaciones de esquisto para crear redes de fractura que liberan petróleo y gas, que se bombean a la superficie y se recuperan.solo en la última década, no se sabe mucho sobre los ecosistemas microbianos en las redes de fracturas.
Los microbios productores de sulfuro causan múltiples problemas en las operaciones de perforación. El sulfuro de hidrógeno puede "agriar" un pozo y debe separarse del petróleo y el gas en un proceso costoso. Los sulfuros pueden ser tóxicos para los trabajadores en la plataforma de perforación y también pueden degradarse corrosivamentetuberías de metal. Los propios microbios pueden englobar el proceso de extracción rellenando las pequeñas fracturas con biomasa o precipitados excretados.
El equipo de Wilkins había descubierto previamente que una familia bacteriana en particular, Halanaerobium, dominaba los ecosistemas de pozos fracturados. Estas bacterias pueden convertir los tiosulfatos que se encuentran en el medio ambiente en sulfuro. El equipo, junto con colaboradores de la Universidad de West Virginia y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico,decidió rastrear el ciclo del azufre catalizado por la comunidad microbiana que se encuentra en un pozo de formación de lutitas de Utica cerca de Flushing, Ohio.
"El pozo extrae continuamente fluidos que han estado asentados en las fracturas durante meses, por lo que es una buena manera de obtener una mirada química y biológica de lo que está sucediendo allí", dice Wilkins. Su equipo recolectó muestras de fluidos durante un período de 120-período de un día para medir tanto los productos químicos que contienen azufre como las especies de bacterias presentes.
Descubrieron que, dentro de los 10 días posteriores al inicio del bombeo y muestreo de los fluidos del pozo, Halanaerobium alcanzó casi el 100% de dominio de la comunidad bacteriana y permaneció así durante los siguientes 100 días. Luego, el equipo examinó los genes presentes para encontrar posibles enzimas capaces decatalizando reacciones de azufre. Encontraron múltiples copias de rodanesa, una enzima que puede reducir el tiosulfato a sulfito y azufre elemental, y la sulfito reductasa anaeróbica, una enzima que reduce el sulfito a sulfuro. Si la especie Halanaerobium usara estas dos enzimas juntas, los microbios podrían estar usandotiosulfato ambiental para producir sulfuro.
Para confirmar esto, el equipo cultivó Halanaerobium aislado de muestras de pozos. Las bacterias cultivadas en el laboratorio produjeron ambas enzimas y, cuando se alimentaron con tiosulfato en los medios de cultivo, produjeron sulfuro. Finalmente, el equipo midió un isótopo de azufre particular que los microbios prefieren consumir yvio que disminuyó en las muestras del pozo con el tiempo. "Esa es una señal de que el ciclo del azufre visto en este pozo es un proceso microbiano, en lugar de uno abiótico", dice Wilkins.
Las pruebas actuales de la industria monitorean los microbios productores de sulfuro al detectar solo la actividad de reducción de sulfato. "Las bacterias reductoras de sulfato son muy comunes en el agua de mar y el agua subterránea y convierten el sulfato en sulfuro", dice Wilkins. Sin embargo, el halanaerobio convierte el tiosulfato en sulfuro.Las pruebas de hoy de este pozo, señala Wilkins, llevarían por error al operador del pozo a pensar que no se produce sulfuro.
"Saber qué microbios están causando daño potencial es importante para que los operadores de pozos puedan atacarlos mejor", dice. Se ha descubierto que el halanaerobio domina los ecosistemas de pozos fracturados desde Texas hasta Pensilvania, dice Wilkins, por lo que un mejor monitoreo de su producción de sulfuro podríaser clave para la productividad de los pozos en todo el país.
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Materiales proporcionados por Sociedad Americana de Microbiología . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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