This study uses scanning electron microscopy (SEM) to examine the occurrence of bacteria and their exopolysaccharide slime layer in microbial enhanced oil recovery experiments. A test of SEM preservation techniques showed that air drying and 10% glutaraldehyde fixation preserved the slime layer but distorted and flattened bacteria. Techniques with ethanol dehydration preserved the bacterial textures but fragmented the slime layer. In sandstones that had been plugged during microbial enhanced oil recovery experiments, bacteria are sparsely distributed. An irregular, confluent slime sheet covers grains and coats pore spaces and is responsible for permeability modification in microbial enhanced oil recovery. The development of the slime layer over time involves several steps: growth of ultramicrobacteria into full-sized bacteria; creation of a slime capsule; growth of globular masses, ropy masses, webs, thin sheets; and growth of a thicker, poreilling mass of slime associated with large balls of slime.

This study used petrographic thin sections, scanning electron microscopy, and confocal laser microscopy to document microbially mediated dissolution of carbonate reservoir rocks. The samples studied came from three carbonate units that are hydrocarbon reservoirs; the Salem, Sligo, and Smackover formations. These samples were inoculated with bacteria, and then treated with nutrient solutions followed by ethanol to promote generation of acetic acid by bacteria. Dissolution occurred in calcite-dominated rocks and in dolomitized rocks. Noticeable changes first occurred after nine weeks of ethanol treatment and significant change only occurred after twelve weeks of ethanol treatment. The size of the vuggy pores created increased from 1 µm or less to over 5 µm, and rarely over 10 µm, in length.

This thesis explores bio-mediated processes in geotechnical and petroleum engineering. Worldwide energy consumption is rapidly increasing as the world population and per-capita consumption rises. The US Energy Information Agency (EIA) predicts that hydrocarbons will remain the primary energy source to satisfy the surging energy demands in the near future. The three topics described in detail in this document aim to link microbiology with geotechnical engineering and the petroleum industry. Microorganisms have the potential to exploit residual hydrocarbons in depleted reservoirs in a technique known as microbial enhanced oil recovery, MEOR. The potential of biosurfactants was analyzed in detail with a literature review. Biosurfactant production is the most accepted MEOR technique, and has been successfully implemented in over 700 field cases. Temperature is the main limiting factor for these techniques. The dissolution of carbonates by microorganisms was investigated experimentally. We designed a simple, economical, and robust procedure to monitor diffusion through porous media. This technique determined the diffusion coefficient of H+ in 1.5% agar, 1.122 x 10-5 cm2 sec-1, by using bromothymol blue as a pH indicator and image processing. This robust technique allows for manipulation of the composition of the agar to identify the effect of specific compounds on diffusion. The Red Sea consists of multiple seeps; the nearby sediments are telltales of deeper hydrocarbon systems. Microbial communities associated with the sediments function as in-situ sensors that provide information about the presence of carbon sources, metabolites, and the remediation potential. Sediments seeps in the Red Sea revealed different levels of bioactivity. The more active seeps, from the southern site in the Red Sea, indicated larger pore sizes, higher levels of carbon, and bioactivity with both bacteria and archaeal species present.

Biossurfactantes (BS) são compostos tensoativos de baixo peso molecular produzidos por uma ampla variedade de microrganismos. Sua natureza anfipática faz com que esses compostos sejam capazes de reduzir a tensão superficial de líquidos ou formar emulsões estáveis, características que tornam os biossurfactantes altamente aplicáveis na indústria do petróleo. As condições extremas de reservatórios de petróleo quanto à temperatura e salinidade demandam estudos sobre a produção de biossurfactantes por linhagens bacterianas autóctones, bem como de sua estabilidade frente a estas condições. Neste contexto, este trabalho propôs a seleção de linhagens bacterianas produtoras de biossurfactante a partir de amostras rochosas de um reservatório localizado na Bacia de Campos (RJ), para possível aplicação em processos de recuperação de petróleo melhorada por microrganismos e/ou seus produtos ou Microbial Enhancement Oil Recovery (MEOR). Cultivos inoculados com as amostras rochosas foram usados para o isolamento das linhagens bacterianas. Os isolados positivos para produção de BS (avaliada pelo índice de emulsificação - E24) foram identificados por meio do sequenciamento do gene rRNA 16S. Dez dos isolados obtidos apresentaram 99% de similaridade com Bacillus alveayuensis, sendo escolhido um deles - Ar70C7-2 - para estudos de avaliação da agitação, salinidade, fontes de carbono (C) e nitrogênio (N) e relação C/N no crescimento e produção de BS. O Meio Mineral adicionado de glicerina e NH4Cl, na relação C/N=2, 70 g/L NaCl e incubado a 55°C forneceu o melhor resultado para o teste de E24 (69,1%). O BS produzido pelo isolado foi purificado parcialmente por precipitação ácida, obtendo-se, em média, 0,17g de extrato bruto (semi-purificado, SP) por litro de cultivo em Meio Mineral, e 0,24 g, em meio LB. O BS-SP produzido a partir dos cultivos nos meios LB modificado (BS-SP-LB) e Meio Mineral otimizado (BS-SP-MM) teve sua capacidade tensoativa testada frente às variações de pH, temperatura e salinidade. Ambos BS-SP apresentaram estabilidade térmica no intervalo de -18 a 121°C, registrando valores médios de E24 de 65,4(±2,5)% e 63,7(±0,6)% (BS-SP-LB e BS-SP-MM, respectivamente) e de tensão superficial mínima de 43,3 mN/m (BS-SP-LB) e 42,1 mN/m (BS-SP-MM). Amostras de BS-SP tiveram seu pH ajustado para valores entre 2 a 12, apresentando valores médios de E24 de 66,4(±3,4)% e 60,1(±3,2)% (BS-SP-LB e BS-SP-MM, respectivamente) e de tensão superficial mínima de 44,3 mN/m (BS-SP-LB) e 42,1 mN/m (BS-SP-MM). Quanto à salinidade, as amostras foram ajustadas para concentrações no intervalo de 0 a 21% de NaCl, apresentando valores médios de E24 de 65,4(±3,4)% e 64,4(±1,7)% (BS-SP-LB e BS-SP-MM, respectivamente) e de tensão superficial mínima de 42,2 mN/m (BS-SP-LB) e 42,9mN/m (BS-SP-MM). Quanto à ação antimicrobiana, o BS-SP não apresentou atividade bactericida ou bacteriostática sobre as linhagens E. coli, B. subtilis, P. fluorescens e S. epidermidis.O BS produzido por Ar70C7-2, em condições de alta temperatura e salinidade, mostrou alto índice de emulsificação e estabilidade. Estas características, associadas à boa capacidade emulsificante sobre diversos substratos orgânicos, particularmente de derivados de petróleo, sugerem uma potencial aplicação em processos de MEOR. / Biosurfactants (BS) are compounds of low molecular weight produced by a wide variety of microorganisms. Their amphipathic nature makes these compounds capable of reducing the surface tension of liquids and form stable emulsions, characteristics that make them highly applicable in the oil industry. The extreme conditions of temperature and salinity in oil reservoirs require research on the production of biosurfactants by indigenous bacteria, as well as its stability in these conditions. In this context, this work aimed the selection of biosurfactant-producing bacteria from rock samples of oil reservoir for potential use in microbial enhancement oil recovery (MEOR) processes. Cultures inoculated with rock samples were used for the isolation of bacterial strains. The positive isolates for biosurfactant production (measured by emulsification index - E24) were identified by 16S rRNA gene sequencing. Ten of the obtained isolates showed 99% similarity to Bacillus alveayuensis, being chosen one - Ar70C7-2 - for essays evaluating factors such as agitation, salinity, carbon sources (C) and nitrogen (N) and C/N ratio on growth and BS production. The mineral medium (MM) with glycerine and NH4Cl, at a C/N ratio equal to 2, temperature of 55°C and 70 g/L NaCl, provided the best results for the E24 index (69.1%). The BS produced by strain Ar70C7-2 was partially purified by acid precipitation, yielding on average 0.17g of crude extract (semi-purified, SP) per liter of culture in MM, and 0.24 g in LB medium. The BS-SP produced both from LB (BS-SP-LB) and Mineral Medium cultures (BS-SP-MM) had its surface-active action evaluated in relation to changes in pH, temperature and salinity. Both BS-SP presented thermal stability in the range -18 to 121°C, with E24 mean values of 65.4(±2.5)% and 63.7(±0.6)% (BS-SP-BL and BS-SP-MM, respectively) and minimal surface tension of 43.3 mN/m (BS-SP-BL) and 42.1 mN/m (BS-SP-MM). BS-SP samples were adjusted to pH values between 2 and 12, showing E24 mean values of 66.4(±3.4)% e 60.1(±3.2)% (BS-SP-BL and BS-SP-MM, respectively) and minimum surface tension of 44.3 mN/m (BS-SP-LB) and 42.1 mN/m (BS-SP-MM). Regarding salinity, samples were adjusted to concentrations in the range 0 to 21% NaCl, showing E24 mean values 65.4(±3.4)% e 64.4(±1.7)% (BS-SP-BL and BS-SP-MM, respectively) and surface tension minimum of 42.2 mN/m (BS-SP-LB) and 42.9 mN/m (BS-SP-MM). As for antimicrobial action, the BS-SP showed no bactericidal or bacteriostatic activity on the strains E. coli, B. subtilis, P. fluorescens and S. epidermidis. The BS produced by Ar70C7-2 in thermophilic and halophilic conditions showed a high rate of emulsification and stability. These features, coupled with good emulsifying capacity on various organic substrates, particularly petroleum products, suggest a potential application in MEOR processes.

La récupération assistée des hydrocarbures par des microorganismes (MEOR) est une technologie potentiellement utilisable pour améliorer l’efficacité de l’extraction pétrolière. Cette technique utilise les capacités métaboliques de certaines souches bactériennes pour récupérer les huiles des réservoirs. Cependant, le manque de connaissances sur la physiologie et les activités métaboliques des microorganismes des réservoirs est un obstacle majeur pour le développement de cette approche. L’objectif de ce travail était d’étudier la physiologie des microorganismes indigènes de réservoirs pétroliers, en déterminant leurs capacités métaboliques, leurs conditions de croissances et leur positionnement taxonomique. Pour cela, trois activités physiologiques d’intérêt pour la MEOR : (1) la dégradation de l’hexadécane ;(2) la production de biosurfactant et (3) la formation de biofilm ont été évaluées sur 84 souches bactériens anaérobies isolées exclusivement de plusieurs réservoirs pétroliers. Ces isolats appartiennent à deux groupes métaboliques : les bactéries sulfato-réductrices (BSR) et les anaérobies fermentaires. Ainsi, cette prospection à donner une image de la diversité des souches de réservoirs possédant des activités appropriées pour la MEOR. Le séquençage et l’analyse phylogénétique du gène codant pour L’ARNr 16S a permet d’identifier deux nouvelles espèces bactériennes d’anaérobies fermentaires, SRL 4223 et SRL 4209 capables de produire des biosurfactants. Ainsi la caractérisation de ces deux isolats a révélé que la souche SRL 4223 présentait toutes les caractéristiques phénotypiques et génétiques autorisant sa classification un nouveau genre nommé Pleomorphochaeta caudata et que la souche SRL 4209 peut être affilié comme une nouvelle espèce de ce nouveau genre. / The Microbial enhanced oil recovery (MEOR) is a potentially useful technology to improve the efficiency of oil extraction. This technique utilizes microorganisms and/or their metabolites (biosurfactants, polymers, biomass…etc.) to recover oil from reservoirs. However, the lack of basic knowledge about physiology and metabolic capacities of reservoir microorganisms is a major obstacle for the development of this approach. The objective of this work was to study the physiology of indigenous reservoir microorganisms by determining their metabolic capacities, their growth conditions and their taxonomic position. For this, three activities related to MEOR: (1) hexadecane degradation; (2) biofilm formation and (3) biosurfactant production were evaluated on 84 anaerobic bacterial strains isolated exclusively from several petroleum reservoirs. These isolates belong to two metabolic groups: sulfate-reducing bacteria (SRB) and anaerobic fermentative bacteria. This study gives a picture of the diversity of indigenous strains possessing proper activities for MEOR. Sequencing and phylogenetic analysis of 16S rRNA gene identified two new species of fermentative bacteria: SRL 4223 and SRL 4209, capable of producing biosurfactants. Characterization of these isolates revealed that the strain SRL 4223 had all the phenotypic and genetic characteristics allowing its classification as a new genus named Pleomorphochaeta caudata and the strain SRL 4209 was affiliated as a new species of this genus.

Biossurfactantes (BS) são compostos tensoativos de baixo peso molecular produzidos por uma ampla variedade de microrganismos. Sua natureza anfipática faz com que esses compostos sejam capazes de reduzir a tensão superficial de líquidos ou formar emulsões estáveis, características que tornam os biossurfactantes altamente aplicáveis na indústria do petróleo. As condições extremas de reservatórios de petróleo quanto à temperatura e salinidade demandam estudos sobre a produção de biossurfactantes por linhagens bacterianas autóctones, bem como de sua estabilidade frente a estas condições. Neste contexto, este trabalho propôs a seleção de linhagens bacterianas produtoras de biossurfactante a partir de amostras rochosas de um reservatório localizado na Bacia de Campos (RJ), para possível aplicação em processos de recuperação de petróleo melhorada por microrganismos e/ou seus produtos ou Microbial Enhancement Oil Recovery (MEOR). Cultivos inoculados com as amostras rochosas foram usados para o isolamento das linhagens bacterianas. Os isolados positivos para produção de BS (avaliada pelo índice de emulsificação - E24) foram identificados por meio do sequenciamento do gene rRNA 16S. Dez dos isolados obtidos apresentaram 99% de similaridade com Bacillus alveayuensis, sendo escolhido um deles - Ar70C7-2 - para estudos de avaliação da agitação, salinidade, fontes de carbono (C) e nitrogênio (N) e relação C/N no crescimento e produção de BS. O Meio Mineral adicionado de glicerina e NH4Cl, na relação C/N=2, 70 g/L NaCl e incubado a 55°C forneceu o melhor resultado para o teste de E24 (69,1%). O BS produzido pelo isolado foi purificado parcialmente por precipitação ácida, obtendo-se, em média, 0,17g de extrato bruto (semi-purificado, SP) por litro de cultivo em Meio Mineral, e 0,24 g, em meio LB. O BS-SP produzido a partir dos cultivos nos meios LB modificado (BS-SP-LB) e Meio Mineral otimizado (BS-SP-MM) teve sua capacidade tensoativa testada frente às variações de pH, temperatura e salinidade. Ambos BS-SP apresentaram estabilidade térmica no intervalo de -18 a 121°C, registrando valores médios de E24 de 65,4(±2,5)% e 63,7(±0,6)% (BS-SP-LB e BS-SP-MM, respectivamente) e de tensão superficial mínima de 43,3 mN/m (BS-SP-LB) e 42,1 mN/m (BS-SP-MM). Amostras de BS-SP tiveram seu pH ajustado para valores entre 2 a 12, apresentando valores médios de E24 de 66,4(±3,4)% e 60,1(±3,2)% (BS-SP-LB e BS-SP-MM, respectivamente) e de tensão superficial mínima de 44,3 mN/m (BS-SP-LB) e 42,1 mN/m (BS-SP-MM). Quanto à salinidade, as amostras foram ajustadas para concentrações no intervalo de 0 a 21% de NaCl, apresentando valores médios de E24 de 65,4(±3,4)% e 64,4(±1,7)% (BS-SP-LB e BS-SP-MM, respectivamente) e de tensão superficial mínima de 42,2 mN/m (BS-SP-LB) e 42,9mN/m (BS-SP-MM). Quanto à ação antimicrobiana, o BS-SP não apresentou atividade bactericida ou bacteriostática sobre as linhagens E. coli, B. subtilis, P. fluorescens e S. epidermidis.O BS produzido por Ar70C7-2, em condições de alta temperatura e salinidade, mostrou alto índice de emulsificação e estabilidade. Estas características, associadas à boa capacidade emulsificante sobre diversos substratos orgânicos, particularmente de derivados de petróleo, sugerem uma potencial aplicação em processos de MEOR. / Biosurfactants (BS) are compounds of low molecular weight produced by a wide variety of microorganisms. Their amphipathic nature makes these compounds capable of reducing the surface tension of liquids and form stable emulsions, characteristics that make them highly applicable in the oil industry. The extreme conditions of temperature and salinity in oil reservoirs require research on the production of biosurfactants by indigenous bacteria, as well as its stability in these conditions. In this context, this work aimed the selection of biosurfactant-producing bacteria from rock samples of oil reservoir for potential use in microbial enhancement oil recovery (MEOR) processes. Cultures inoculated with rock samples were used for the isolation of bacterial strains. The positive isolates for biosurfactant production (measured by emulsification index - E24) were identified by 16S rRNA gene sequencing. Ten of the obtained isolates showed 99% similarity to Bacillus alveayuensis, being chosen one - Ar70C7-2 - for essays evaluating factors such as agitation, salinity, carbon sources (C) and nitrogen (N) and C/N ratio on growth and BS production. The mineral medium (MM) with glycerine and NH4Cl, at a C/N ratio equal to 2, temperature of 55°C and 70 g/L NaCl, provided the best results for the E24 index (69.1%). The BS produced by strain Ar70C7-2 was partially purified by acid precipitation, yielding on average 0.17g of crude extract (semi-purified, SP) per liter of culture in MM, and 0.24 g in LB medium. The BS-SP produced both from LB (BS-SP-LB) and Mineral Medium cultures (BS-SP-MM) had its surface-active action evaluated in relation to changes in pH, temperature and salinity. Both BS-SP presented thermal stability in the range -18 to 121°C, with E24 mean values of 65.4(±2.5)% and 63.7(±0.6)% (BS-SP-BL and BS-SP-MM, respectively) and minimal surface tension of 43.3 mN/m (BS-SP-BL) and 42.1 mN/m (BS-SP-MM). BS-SP samples were adjusted to pH values between 2 and 12, showing E24 mean values of 66.4(±3.4)% e 60.1(±3.2)% (BS-SP-BL and BS-SP-MM, respectively) and minimum surface tension of 44.3 mN/m (BS-SP-LB) and 42.1 mN/m (BS-SP-MM). Regarding salinity, samples were adjusted to concentrations in the range 0 to 21% NaCl, showing E24 mean values 65.4(±3.4)% e 64.4(±1.7)% (BS-SP-BL and BS-SP-MM, respectively) and surface tension minimum of 42.2 mN/m (BS-SP-LB) and 42.9 mN/m (BS-SP-MM). As for antimicrobial action, the BS-SP showed no bactericidal or bacteriostatic activity on the strains E. coli, B. subtilis, P. fluorescens and S. epidermidis. The BS produced by Ar70C7-2 in thermophilic and halophilic conditions showed a high rate of emulsification and stability. These features, coupled with good emulsifying capacity on various organic substrates, particularly petroleum products, suggest a potential application in MEOR processes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os métodos tradicionais de estimular a produção de petróleo, envolvendo a injeção de água, vapor, gás ou outros produtos, estabeleceram a base conceitual para novos métodos de extração de óleo, utilizando micro-organismos e processos biológicos. As tecnologias que empregam os processos de bioestimulação e bioaumentação já são amplamente utilizadas em inúmeras aplicações industriais, farmacêuticas e agroindustriais, e mais recentemente, na indústria do petróleo. Dada a enorme dimensão econômica da indústria do petróleo, qualquer tecnologia que possa aumentar a produção ou o fator de recuperação de um campo petrolífero gera a expectativa de grandes benefícios técnicos, econômicos e estratégicos. Buscando avaliar o possível impacto de MEOR (microbial enhanced oil recovery) no fator de recuperação das reservas de óleo e gás no Brasil, e quais técnicas poderiam ser mais indicadas, foi feito um amplo estudo dessas técnicas e de diversos aspectos da geologia no Brasil. Também foram realizados estudos preliminares de uma técnica de MEOR (bioacidificação) com possível aplicabilidade em reservatórios brasileiros. Os resultados demonstram que as técnicas de MEOR podem ser eficazes na produção, solubilização, emulsificação ou transformação de diversos compostos, e que podem promover outros efeitos físicos no óleo ou na matriz da rocha reservatório. Também foram identificadas bacias petrolíferas brasileiras e recursos não convencionais com maior potencial para utilização de determinadas técnicas de MEOR. Finalmente, foram identificadas algumas técnicas de MEOR que merecem maiores estudos, entre as técnicas mais consolidadas (como a produção de biossurfatantes e biopolímeros, e o controle da biocorrosão), e as que ainda não foram completamente viabilizadas (como a gaseificação de carvão, óleo e matéria orgânica; a dissociação microbiana de hidratos de gás; a bioconversão de CO2 em metano; e a bioacidificação). Apesar de seu potencial ainda não ser amplamente reconhecido, as técnicas de MEOR representam o limiar de uma nova era na estimulação da produção de recursos petrolíferos existentes, e até mesmo para os planos de desenvolvimento de novas áreas petrolíferas e recursos energéticos. Este trabalho fornece o embasamento técnico para sugerir novas iniciativas, reconhecer o potencial estratégico de MEOR, e para ajudar a realizar seu pleno potencial e seus benefícios. / The traditional methods of stimulating production, involving the injection of water, steam, gas or other products, have established the conceptual basis for new methods of oil extraction, utilizing microorganisms and biological processes. Technologies that employ biostimulation and bioaugmentation processes are widely utilized in numerous industrial, pharmaceutical and agroindustrial applications, and, more recently, in the oil industry. Given the enormous economic dimension of the oil industry, any technology that can increase production or recovery of an oil field creates the expectation of large technical, economic and strategic benefits. In order to assess the possible impact of MEOR (Microbial Enhanced Oil Recovery) on the recovery factor of oil and gas reserves in Brazil, and which techniques might be most indicated, a wide ranging study of those techniques and of various aspects of the geology of Brazil was carried out. Preliminary studies of a MEOR technique (bioacidification) with possible application in Brazilian reservoirs were also carried out. The results demonstrate that MEOR techniques can be effective in the production, solubilization, emulsification or transformation of several compounds, and that they can promote other physical effects in the oil or the reservoir rock matrix. Brazilian oil basins and unconventional resources with potential for utilization of certain MEOR techniques were also identified. Finally, certain MEOR techniques that deserve further studies were identified, involving both more consolidated techniques (such as biosurfactant and biopolymer production, and the control of microbially induced corrosion), as well as those that have not yet fully proven their viability (such as coal, oil and organic matter gasification; microbial dissociation of gas hydrates; bioconversion of CO2 into methane; and bioacidification). Despite the fact that their potential is not yet fully recognized, MEOR techniques represent the dawn of a new era in the stimulation of production of existing oil resources, and even in the production development plans of new oil and other energy resources. This work furnishes the technical basis for suggesting new initiatives, for recognizing the strategic potential of MEOR, and for helping to realize the full potential of MEOR and its benefits.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os métodos tradicionais de estimular a produção de petróleo, envolvendo a injeção de água, vapor, gás ou outros produtos, estabeleceram a base conceitual para novos métodos de extração de óleo, utilizando micro-organismos e processos biológicos. As tecnologias que empregam os processos de bioestimulação e bioaumentação já são amplamente utilizadas em inúmeras aplicações industriais, farmacêuticas e agroindustriais, e mais recentemente, na indústria do petróleo. Dada a enorme dimensão econômica da indústria do petróleo, qualquer tecnologia que possa aumentar a produção ou o fator de recuperação de um campo petrolífero gera a expectativa de grandes benefícios técnicos, econômicos e estratégicos. Buscando avaliar o possível impacto de MEOR (microbial enhanced oil recovery) no fator de recuperação das reservas de óleo e gás no Brasil, e quais técnicas poderiam ser mais indicadas, foi feito um amplo estudo dessas técnicas e de diversos aspectos da geologia no Brasil. Também foram realizados estudos preliminares de uma técnica de MEOR (bioacidificação) com possível aplicabilidade em reservatórios brasileiros. Os resultados demonstram que as técnicas de MEOR podem ser eficazes na produção, solubilização, emulsificação ou transformação de diversos compostos, e que podem promover outros efeitos físicos no óleo ou na matriz da rocha reservatório. Também foram identificadas bacias petrolíferas brasileiras e recursos não convencionais com maior potencial para utilização de determinadas técnicas de MEOR. Finalmente, foram identificadas algumas técnicas de MEOR que merecem maiores estudos, entre as técnicas mais consolidadas (como a produção de biossurfatantes e biopolímeros, e o controle da biocorrosão), e as que ainda não foram completamente viabilizadas (como a gaseificação de carvão, óleo e matéria orgânica; a dissociação microbiana de hidratos de gás; a bioconversão de CO2 em metano; e a bioacidificação). Apesar de seu potencial ainda não ser amplamente reconhecido, as técnicas de MEOR representam o limiar de uma nova era na estimulação da produção de recursos petrolíferos existentes, e até mesmo para os planos de desenvolvimento de novas áreas petrolíferas e recursos energéticos. Este trabalho fornece o embasamento técnico para sugerir novas iniciativas, reconhecer o potencial estratégico de MEOR, e para ajudar a realizar seu pleno potencial e seus benefícios. / The traditional methods of stimulating production, involving the injection of water, steam, gas or other products, have established the conceptual basis for new methods of oil extraction, utilizing microorganisms and biological processes. Technologies that employ biostimulation and bioaugmentation processes are widely utilized in numerous industrial, pharmaceutical and agroindustrial applications, and, more recently, in the oil industry. Given the enormous economic dimension of the oil industry, any technology that can increase production or recovery of an oil field creates the expectation of large technical, economic and strategic benefits. In order to assess the possible impact of MEOR (Microbial Enhanced Oil Recovery) on the recovery factor of oil and gas reserves in Brazil, and which techniques might be most indicated, a wide ranging study of those techniques and of various aspects of the geology of Brazil was carried out. Preliminary studies of a MEOR technique (bioacidification) with possible application in Brazilian reservoirs were also carried out. The results demonstrate that MEOR techniques can be effective in the production, solubilization, emulsification or transformation of several compounds, and that they can promote other physical effects in the oil or the reservoir rock matrix. Brazilian oil basins and unconventional resources with potential for utilization of certain MEOR techniques were also identified. Finally, certain MEOR techniques that deserve further studies were identified, involving both more consolidated techniques (such as biosurfactant and biopolymer production, and the control of microbially induced corrosion), as well as those that have not yet fully proven their viability (such as coal, oil and organic matter gasification; microbial dissociation of gas hydrates; bioconversion of CO2 into methane; and bioacidification). Despite the fact that their potential is not yet fully recognized, MEOR techniques represent the dawn of a new era in the stimulation of production of existing oil resources, and even in the production development plans of new oil and other energy resources. This work furnishes the technical basis for suggesting new initiatives, for recognizing the strategic potential of MEOR, and for helping to realize the full potential of MEOR and its benefits.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01 - capa_abstract.pdf: 113068 bytes, checksum: ac8d58045328d0ccbe13706fe9c3dede (MD5) Previous issue date: 2008-09-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The heavy oil (10 20ºAPI) is more than half of world oil reserves, there are predictions that in 2025 are the main source of oil in the world. The difficulties in exploration this kind of oil are associated with unfavorable characteristics such as density and viscosity (100 to 10.000 cP). With the need to improve the utilization of reservoir - in view of the relatively low levels of efficiency of traditional techniques - it has expanded the research to develop new techniques for recovery, especially Microbialy Enhanced Oil Recovery (MEOR). In the recovery of oil contained in sand-pack columns, two dimensionless variables are reported as important: the capillary number and ratio of viscosity. As the increases capillary number, the residual oil decreases. This can be achieved by reducing the interfacial tension between the fluid of residual oil. Several authors have reported the tensions interfaciais ultra between biosurfactant and hydrocarbons, including heavy oil. In the present work, tested the hypothesis that the biosurfactant produced on condition of reservoir, by two isolates of Bacillus subtilis from the collection of culture of the Laboratório de Biotecnologia e Biodiversidade para o Meio Ambiente (LBBMA / DMB / UFV), are capable to remove heavy oil in sand-pack columns. Initially, the isolates of Bacillus subtilis LBBMA 155 and Bacillus subtilis subsp. spizizenii LBBMA 258 were evaluated as to the growth and biosurfactant production in response to temperature and salinity. A central composite rotatable design (CCRD) was used, with temperature and salinity being independent variable. The results were analyzed using Response Surface Methodology (RSM) and showed that the those isolates were able of growth and biosurfactant production of under anaerobic conditions. The growth was influenced by temperature and biosurfactant production was influenced by temperature and salinity. After that, the biosurfactant produced by those isolates, alone or mixed, were analyzed as the ability to remove heavy oil trapped in sand-pack columms. The injection of three volumes of porous extract biossurfactante (EB) produced by Bacillus subtilis LBBMA 155 and Bacillus subtilis subsp. spizizenii LBBMA 258 removed 13.55% and 17.42%, respectively, from residual oil (14 ºAPI). The mixed of extracts from biosurfactant produced by those two isolates showed intermediate values of DMC and recovery of residual oil reported for each. Summarize, the extracts from biosurfactant (EB) produced under anaerobic conditions by Bacillus subtilis LBBMA 155 e Bacillus subtilis subsp. spizizenii LBBM 258 are effective in recovery heavy oil nuclei of the sand-pack columms and have potencial for use Microbialy Enhanced Oil Recovery. / Os óleos pesados (10-20 ºAPI) constituem mais da metade das reservas mundiais de petróleo, havendo previsões de que em 2025 sejam a principal fonte de petróleo no mundo. As dificuldades na exploração desse tipo de óleo estão associadas a características desfavoráveis, como densidade e viscosidade (100 a 10000 cP). Com a necessidade de melhorar o aproveitamento dos reservatórios tendo em vista os níveis relativamente baixos de eficiência das técnicas tradicionais tem-se ampliado as pesquisas para o desenvolvimento de novas técnicas de recuperação, destacando-se a recuperação avançada de petróleo melhorada por microrganismos (Microbially enhanced oil recovery MEOR). Na recuperação de óleos contidos em meios porosos, duas variáveis adimensionais são relatadas como importantes: o número capilar e a razão de viscosidade. À medida que o número capilar aumenta, o óleo residual decresce. Isso pode ser obtido por meio da redução da tensão interfacial entre o fluido de arraste e o óleo residual. Diversos autores têm reportado a obtenção de tensões interfaciais ultrabaixas entre biossurfactantes e hidrocarbonetos, incluindo o óleo pesado. Neste trabalho, testou-se a hipótese de que os biossurfactantes produzidos, em condição de reservatório, por dois isolados de Bacillus subtilis pertencentes à Coleção de Culturas do Laboratório de Biotecnologia e Biodiversidade para o Meio Ambiente (LBBMA/DMB/UFV), são capazes de mobilizar óleo pesado em sistemas porosos de areia. Inicialmente, os isolados de Bacillus subtilis LBBMA 155 e BacilIus subtilis spizizenii LBBMA 258 foram avaliados quanto ao crescimento e produção de biossurfactante em resposta a variações de temperatura e salinidade. Para tanto, foi empregada a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) através do delineamento experimental Composto Central Rotacional (DCCR), e observou-se que esses isolados foram capazes de produzir biossurfactantes em anaerobiose, sendo o crescimento influenciado pela temperatura e a produção de biossurfactante influenciada pela temperatura e pela salinidade. Posteriormente, os biossurfactantes produzidos por esses isolados, sozinhos ou em misturas, foram avaliados quanto à capacidade de mobilização de óleo pesado retido em núcleos porosos de areia. A injeção de três volumes porosos do extrato de biossurfactante (EB) produzidos por Bacillus subtilis LBBMA 155 e Bacillus subtilis subsp. spizizenii LBBMA 258 removeram 13,55% e 17,42%, respectivamente, de petróleo residual (14 ºAPI). A mistura dos extratos de biossurfactantes produzidos por esses dois isolados mostrou valores intermediários de DMC e recuperação de petróleo residual reportados para cada um. Sinteticamente, os extratos de biossurfactantes (EB) produzidos em anaerobiose por B. subtilis LBBMA 155 e B. subtilis subsp. spizizenii LBBMA 258 são efetivos na mobilização de óleo pesado em núcleos porosos de areia e possuem potencial de utilização na recuperação avançada de petróleo melhorada por microrganismos.