Ameaça Biocorrosiva: monitoramento da biocorrosão e diagnóstico metagenômico em campos de extração de petróleo
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
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Biocorrosive Threat: biocorrosion monitoring and metagenomic diagnosis in oil extraction fields
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Resumo
A corrosão influenciada por microrganismos (CIM) é um problema significativo nos campos
de petróleo, representando de 10 a 20% das falhas ocorridas. Prever e monitorar esse processo
é um desafio devido à variação dos biofilmes dentro dos sistemas industriais e à sua
propensão à corrosão localizada, a qual que é mais difícil de monitorar em comparação à
corrosão uniforme, apresentando uma série de desafios. Assim, este estudo propôs um pacote
tecnológico metagenômico de monitoramento de campos de petróleo, prático e aplicável em
processos de rotina. A revisão sistemática mostrou que a composição da comunidade
microbiana das regiões petrolíferas avaliadas inclui grupos capazes de desempenhar diversos
tipos de metabolismo, como o sintrófico, oxidativo e a produção de metabólitos corrosivos,
dependendo das características físico-químicas do ambiente. Nos ensaios de padronização dos
métodos de extração de DNA, o kit comercial específico para a em extração de DNA para de
solos mostrou-se superior em termos de rendimento, pureza e integridade do DNA em
comparação com outros kits comerciais avaliados em amostras de água produzida e óleo. A
abordagem de amplicon 16S rRNA foi mais eficiente na detecção de organismos com
abundância acima de 1%, comparada ao shotgun, e revelou vias metabólicas coerentes com o
ambiente da água produzida em campos de petróleo, tornando-a a melhor opção para o
monitoramento nesse contexto. O protocolo adaptado de Yu & Morrison (2004), de baixo
custo foi capaz de obter DNA de qualidade satisfatória, resultando em sequenciamentos de
alta qualidade Phred, sendo adequado para o monitoramento na indústria petrolífera.
Observamos também que o sequenciamento de amplicon 16S rRNA aplicado em DNA de
amostras extraídas diretamente do ambiente (amostras metagenômicas), combinada com a
caracterização físico-química, oferece uma representação mais precisa no monitoramento dos
grupos microbianos em instalações da indústria do petróleo, em comparação com a aplicação
em comunidades enriquecidas com meios de cultivos específicos para os grupos da CIM. Por
fim, o monitoramento de dutos utilizados no transporte de produtos e resíduos de petróleo
indicou que a forma predominante de corrosão observada foi a corrosão por pites,
possivelmente causada por bactérias produtoras de ácidos (BPAs) que utilizam
predominantemente o metabolismo de degradação de 1,2 propanediol. Concluímos que os
métodos de extração de DNA desenvolvidos na presente tese são aplicáveis e representam
avanços significativos no monitoramento de rotina da corrosão microbiologicamente
influenciada (CIM) na indústria petrolífera.
Abstract
A corrosion influenced by microorganisms (CIM) is a significant issue in oil fields,
accounting for 10 to 20% of failures that occur. Predicting and monitoring this process is
challenging due to the variability of biofilms within industrial systems and their susceptibility
to localized corrosion, which is harder to monitor compared to uniform corrosion, presenting
several challenges. Thus, this study proposed a metagenomic technological package for oil
field monitoring that is practical and applicable in routine processes. The systematic review
showed that the microbial community composition in evaluated oil regions includes groups
capable of various types of metabolism, such as syntrophic, oxidative, and production of
corrosive metabolites, depending on the physicochemical characteristics of the environment.
In the standardization tests of DNA extraction methods, the specific commercial kit for soil
DNA extraction proved superior in terms of yield, purity, and DNA integrity compared to
other commercial kits evaluated in produced water and oil samples. The 16S rRNA amplicon
approach was more efficient in detecting organisms with abundances above 1%, compared to
shotgun sequencing, and revealed coherent metabolic pathways with the produced water
environment in oil fields, making it the best option for monitoring in this context. The adapted
low-cost protocol from Yu & Morrison (2004) was capable of obtaining satisfactory quality
DNA, resulting in high-quality Phred sequencing, suitable for monitoring in the oil industry.
We also observed that 16S rRNA amplicon sequencing applied to DNA directly extracted
from the environment (metagenomic samples), combined with physicochemical
characterization, provides a more accurate representation in monitoring microbial groups in
oil industry facilities, compared to application in communities enriched with specific culture
media for CIM groups. Finally, the monitoring of pipelines used for transporting petroleum
products and waste indicated that the predominant form of corrosion observed was pitting
corrosion, possibly caused by acid-producing bacteria (APBs) that predominantly utilize the
1,2-propanediol degradation metabolism. We conclude that the DNA extraction methods
developed in this thesis are applicable and represent significant advances in routine
monitoring of microbiologically influenced corrosion (CIM) in the oil industry.
Assunto
Microbiologia, Metagenômica, Corrosão, Oleoduto
Palavras-chave
Campos de petróleo, CIM, Corrosão por pites, Biocorrosão, Bactérias produtoras de ácidos, Monitoramento, Metagenômica, Shotgun, Amplicon 16S rRNA.