La biomasa y los microorganismos son fuentes ricas en polisacáridos que puede ser utilizados en RMP, a continuación, se detallan algunos ejemplos importantes:

El xantano (goma xantana) es un heteropolisacárido ramificado producido por la bacteria Xanthomonas campestris. Posee alta viscosidad, estabilidad térmica y química, además de ser resistente a la degradación. Sus aplicaciones principales son como agente espesante, para control de movilidad del agua, y para reducción de la permeabilidad [6]. El mecanismo de acción del xantano implica un aumento significativo de la viscosidad del agua de inyección, lo que mejora la relación de movilidad entre el agua y el petróleo. Esto resulta en un frente de desplazamiento más uniforme, reduciendo el fenómeno de “fingering” y aumentando la eficiencia de barrido [7,8].

El escleroglucano es producido principalmente por hongos del género Sclerotium, especialmente por la especie Sclerotium rolfsii (polímero de glucosa con enlaces β-1,3 y β-1,6); exhibe alta viscosidad, excelente estabilidad, y facilidad para formar geles. Sus aplicaciones principales son control de movilidad, reducción de permeabilidad y bloqueo selectivo [9]. Debido a su estructura molecular rígida, el escleroglucano mantiene su viscosidad incluso a altas temperaturas y salinidades, lo que lo hace particularmente útil en yacimientos en condiciones adversas, donde puede mejorar significativamente la eficiencia de barrido y el desplazamiento del petróleo.

El dextrano es producido principalmente por bacterias del género Leuconostoc y Streptococcus, y se caracteriza por su baja viscosidad, incompatibilidad y biodegradabilidad. Se utiliza como agente de movilidad y para mejorar la permeabilidad. Esto se debe a que puede remover partículas que obstruyen los poros del yacimiento o prevenir la formación de depósitos que reducen la permeabilidad [10].

El alginato es un polisacárido biodegradable, y se encuentra principalmente en las paredes celulares de las algas pardas, un grupo diverso de macroalgas que incluye especies como el kelp, el fucus y el sargassum (polisacárido aniónico) que forman geles diseñados para controlar los problemas de flujo preferencial de fluidos en yacimientos de alta temperatura. El sistema polimérico de alginato también puede aprovechar los iones Ca₂+ en el agua de formación, que existen en la mayoría de los yacimientos, para reforzar su resistencia capturando el Ca₂+ para formar enlaces Ca-alginato [11]. En otros estudios se encapsuló poli(acrilamida) (PAM) en una cubierta de alginato de sodio (SA) mejorada con nanofibras de celulosa oxidadas con 2, 2, 6, 6-tetrametilpiperidinooxi (TOCNFs) para formar microcápsulas. El tiempo de liberación de PAM de las microcápsulas se prolongó significativamente con la adición de TOCNFs. La mayor resistencia al cizallamiento de las microcápsulas se atribuyó a la estructura de red semi-interpenetrante de alginato de sodio (AS)y TOCNFs a través del entrecruzamiento de Ca₂+ y enlaces de hidrógeno [12].

La goma guar, es un polisacárido no iónico compuesto principalmente por manosa y galactosa. Presenta alta viscosidad a bajas concentraciones, buena estabilidad térmica y aceptable resistencia a la salinidad, sin embargo, es susceptible a la degradación bacteriana. La goma guar se utiliza principalmente como agente espesante en la inyección de agua para mejorar la eficiencia de barrido en yacimientos petroleros. En menor medida, también se emplea para el control de movilidad y permeabilidad. La inyección de este polímero puede aumentar significativamente la recuperación de petróleo pesado; sin embargo, es importante destacar que la concentración de sal presente en el yacimiento influye considerablemente en su efectividad [13].

Ogunnkunle et al [13] evaluaron el rendimiento del polímero hidrofóbicamente asociativo (HAPAM), la goma xantana y la goma guar en procesos RMP. Investigaron su rendimiento en aplicaciones de recuperación de petróleo mediante análisis de comportamiento reológico y experimentos de inundación de núcleos. El petróleo acumulado recuperado después de la inundación con agua en diferentes muestras de núcleos de arenisca con propiedades petrofísicas similares implican que HAPAM muestra una mejor capacidad de recuperación de petróleo con 411, 62,4 y 63,5 % de petróleo recuperado en comparación con el xantano cuya capacidad de recuperación fue de 32.,, 33,7 y 56,2 % y de la goma guar con 41,8, 57,1 y 61,2 % de recuperación; utilizando las tres concentraciones; concentración, 1, 2 y 3 (1000, 4000 y 6000 ppm) respectivamente [14]. Bera et al [14] estudiaron el uso de NPs de sílice con goma guar para mejorar la recuperación de petróleo y encontraron que las NPs aumentan la viscosidad de la goma guar y mejoran su capacidad de recuperación de petróleo en experimentos de imbibición y de inundación de núcleos. La mezcla de goma guar y NPs de sílice cambió la humectabilidad de la roca, de ser mojada por petróleo a ser mojada por agua, lo que facilita la extracción de petróleo. Este método, que utiliza goma guar en lugar de poliacrilamida o goma xantana, ofrece una nueva alternativa para RMP [15].

Elsayed et al [15] crearon dos nuevos hidrogeles a base de goma guar modificada para mejorar la recuperación de petróleo en yacimientos con alta salinidad. Estos hidrogeles, llamados, GG-g-poli (Am-AMPS) (GH) y GG-g-poli (Am-AMPS) /biocarbón (compuesto GBH), demostraron ser efectivos para extraer más petróleo que los métodos convencionales, especialmente en procesos de recuperación terciaria. Además, tienen la ventaja de ser biodegradables y de mejorar la humectabilidad de la roca, lo que facilita la extracción del petróleo.

Celulosa es un polisacárido lineal presente en todas las plantas terrestres y en algunos tunicados, se caracteriza por su baja solubilidad y alta viscosidad, aunque es susceptible a la degradación por microorganismos. Adicionalmente, la celulosa a escala nano (nanocelulosa) se presenta bajo nanocelulosa fibrilada (NCF) y nanocelulosa cristalizada (NCC), y sus aplicaciones en RMP incluyen su uso como agente espesante y como agente de control de movilidad y de permeabilidad. Ejemplos del uso de NFC y NCC han sido desarrollados por Wu, et al [11]. y por Molnes et al. [16]. Sus derivados como por ejemplo la carboximetil nanocelulosa (CMNC), también son usados para RMP, Yuan et al. [17]. observaron que los grupos modificados en la CMNC confirieron propiedades hidrofóbicas a la nanocelulosa, mejorando la interacción entre los diferentes grupos carboximetil y el petróleo crudo.

La lignina es un biopolímero heterogéneo amorfo, de naturaleza aromática, que está presente en las plantas vasculares (gimnospermas, angiospermas y pteridofitas) [18]. La lignina muestra alta estabilidad térmica y química, actividad superficial, y capacidad de modificación química. En RMP se utiliza para aumentar la viscosidad del agua inyectada, mejorando la eficiencia de barrido y previniendo la formación de canales preferenciales [19]. Para aprovechar al máximo los residuos de lignina y al mismo tiempo tratar las aguas residuales aceitosas, se han diseñado y preparado racionalmente compuestos porosos a base de lignina [20]. Recientemente, se están desarrollando las nanoligninas (ligninas a escala nano) llamadas también NPs de lignina (LNPs, por sus siglas en inglés), para generar nanofluidos con aplicación en RMP [21]. De igual manera, se han desarrollado espumas de poliuretano superhidrofóbicas a base de aceite de castor y ligninas con NPs de carburo de silicio (SiC) para una separación eficiente y reciclable de la mezcla aguapetróleo [22].

La fermentación de microbios también es una fuente de producción de biopolímeros como el polihidroxialcanoato y polihidroxibutirato, dando lugar a una nueva área de estudio denominada bio-recuperación mejorada de petróleo (BEOR, por sus siglas en inglés) o BRMP (siglas en español) que incluye diferentes tipos de microorganismos, enzimas, biopolímeros, y bionanomateriales [23], entre otros, para RMP. A continuación, se detallan algunos ejemplos:

El polihidroxialcanoato (PHA), es un biopoliéster producido mayormente por Bacillus spp, usando sustratos de biomasa y biomasa residual como fuente de alimento. A nivel de investigación, se ha realizado un enfoque ecobiotecnológico para producir copolímeros de polihidroxialcanoato (PHA) a partir de cáscaras de guisantes utilizando seis cepas de Bacillus spp. como cultivo mixto definido. La producción de copolímero se mejoró de 65 a 560 mg/L [24].

El polihidroxibutirato (PHB) es un biopolímero biodegradable, biocompatible y termoplástico. En RMP, se utiliza para crear microesferas para transporte en Recuperación Microbiana Mejorada de Petróleo (RMMP) [25]. Un estudio reciente aisló una bacteria productora de surfactina y polímeros, Bacillus subtilis RI4914, de un yacimiento petrolífero. Se investigó el efecto de la salinidad, la temperatura y el pH sobre la recuperación de petróleo por surfactina de Bacillus subtilis RI4914. La tensión interfacial aceite-agua (OW-IFT) disminuyó con la concentración de surfactina. La recuperación del petróleo se vio favorecida por el aumento en de la concentración de NaCl en la fase acuosa. La adición del biopolímero producido por B. subtilis RI4914 junto con la surfactina a la solución inyectada aumentó la recuperación de petróleo hasta en un 88 % del petróleo residual de las columnas llenas de arena [26].

Los biosurfactantes son otro grupo importante de biopolímeros microbianos derivados de fuentes renovables y biodegradables, que reducen la tensión interfacial y mejoran la humectabilidad. Sus aplicaciones en RMMP incluyen la mejora de la eficiencia de barrido y la remoción de petróleo residual [9,27,28]. Los tensioactivos derivados del petróleo utilizados en los procesos de RMP pueden tener impactos ambientales negativos. Los tensioactivos biosurfactantes derivados de recursos renovables y biodegradables son alternativas más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. Los hallazgos científicos muestran por qué se debe hacer hincapié en el desarrollo y la adopción de biosurfactantes en RMP como una contribución sustancial a una industria del petróleo y del gas más sostenibles y respetuosas con el medioambiente [29].

Al considerar esta amplia gama de biopolímeros y sus aplicaciones, la industria petrolera puede aprovechar su potencial para mejorar la recuperación de petróleo de manera sostenible y respetuosa con el medioambiente.

Los biopolímeros ejercen su influencia en la RMP principalmente a través de la modificación de las propiedades reológicas de los fluidos inyectados, lo que a su vez impacta la eficiencia de barrido y la movilidad del petróleo en el yacimiento. En relación con la modificación de las propiedades reológicas, se destacan tres mecanismos principales:

1. 1. Aumento de la viscosidad: los biopolímeros, al ser macromoléculas de cadena larga, incrementan la viscosidad del agua inyectada. Esto se debe a que sus cadenas se entrelazan y forman una red tridimensional que resiste el flujo, generando una mayor fricción interna en el fluido.
2. 2. Reducción de la permeabilidad: algunos biopolímeros pueden interactuar con la roca del yacimiento, absorbiéndose en su superficie o formando geles en los poros. Esto reduce la permeabilidad efectiva del agua, dificultando su paso a través de las zonas de alta permeabilidad y favoreciendo su flujo hacia zonas de baja permeabilidad donde el petróleo podría estar atrapado [30].
3. 3. El control de la relación de movilidad: esta relación entre el agua inyectada y el petróleo es crucial para la eficiencia de barrido en la RMP. Los biopolímeros juegan un papel importante en este proceso al aumentar la viscosidad del agua y reducir su movilidad relativa al petróleo [31]. Esto promueve un frente de desplazamiento más estable y uniforme, evitando la formación de canales preferenciales que pueden disminuir la eficiencia de la recuperación. Además, la adición de biopolímeros puede ayudar a reducir la permeabilidad, lo que resulta en un desplazamiento más uniforme del petróleo y en una mayor recuperación [31,32,33].

Los biopolímeros pueden tener un gran impacto en la RMP en los siguientes aspectos:

• Mejora de la eficiencia de barrido: Al aumentar la viscosidad y reducir la permeabilidad en zonas de alta permeabilidad, los biopolímeros obligan al agua inyectada a fluir hacia zonas de baja permeabilidad que de otro modo serían ignoradas. Esto aumenta el área de contacto entre el agua y el petróleo, mejorando la eficiencia de barrido y movilizando petróleo adicional [34].

• Mejora de la relación de movilidad: La relación de movilidad (M) se define como M = (kw/μw) / (ko/μo), donde “k” es la permeabilidad efectiva y “μ” es la viscosidad del agua (w) y “o” el petróleo. Los biopolímeros aumentan “μw”, reduciendo M. Una relación de movilidad favorable (M ≤ 1) resulta en un desplazamiento más eficiente del petróleo [35]. Por ejemplo, el xantano puede aumentar la viscosidad del agua de inyección de 1 cP a 10-50 cP, dependiendo de la concentración y las condiciones del yacimiento. Esto puede reducir la relación de movilidad de 10-20 (desfavorable) a cerca de 1 o menos, lo que resulta en una mejora significativa en la eficiencia de barrido y, por ende, en la recuperación de petróleo [36].

• Reducción del “Fingerprinting” y el “Channeling”: El aumento de la viscosidad del agua inyectada ayuda a prevenir la formación de “dedos” o canales preferenciales, donde el agua fluye rápidamente a través de zonas de alta permeabilidad sin desplazar eficientemente el petróleo. Esto asegura un desplazamiento más uniforme y una mayor recuperación de petróleo [37].

• Movilización de petróleo atrapado: Al reducir la permeabilidad en zonas de alta permeabilidad, los biopolímeros pueden aumentar la presión de inyección y forzar al petróleo atrapado en los poros a movilizarse y ser desplazado hacia los pozos productores [38].

Los biopolímeros modifican las propiedades reológicas de los fluidos inyectados en RMP, aumentando la viscosidad, reduciendo la permeabilidad y controlando la relación de movilidad. Estos cambios mejoran la eficiencia de barrido, reducen la formación de canales preferenciales y movilizan petróleo atrapado, lo que se traduce en una mayor recuperación de petróleo y una producción más eficiente. No obstante, aunque los biopolímeros ofrecen numerosas ventajas en RMP, también existen desafíos asociados a su aplicación, como la sensibilidad a las condiciones del yacimiento (alta salinidad, temperatura) y la posible degradación microbiana de los biopolímeros. La investigación y el desarrollo continuos se centran en superar estos desafíos y ampliar el uso de biopolímeros en RMP [31].

En los últimos años, la nanotecnología emerge como una alternativa para maximizar la RMP gracias a sus técnicas de producción eficaces y de bajo costo. Las NPs (entre 10 y 100 nm de diámetro) adquieren propiedades mejoradas comparadas con las partículas más grandes (en bulk), como, por ejemplo, alta área superficial. Algunas investigaciones han demostrado que las NPs mejoran la recuperación de petróleo gracias a que reducen la tensión superficial y aumentan la humectabilidad del yacimiento. Ciertas NPs funcionan más eficientemente que otras, dependiendo de las condiciones de operación de la RMP. Las NPs se clasifican en partículas de óxido metálico, inorgánicas y orgánicas [28].

La nanotecnología ha atraído gran atención en la RMP debido a su rentabilidad y respeto al medioambiente. Las NPs exhiben propiedades significativamente diferentes en comparación con las mismas moléculas finas o a granel debido a la mayor concentración de átomos en su superficie. Una de las propiedades más útiles de estas partículas es la creación de una fuerza impulsora de difusión masiva debido a la gran superficie. Estudios previos han demostrado que las NPs pueden mejorar la recuperación de petróleo al cambiar la humectabilidad del yacimiento hacia más humectabilidad al agua y reducir la tensión interfacial. El potencial de las NPs para reducir la viscosidad del petróleo, aumentar la relación de movilidad y alterar la permeabilidad del yacimiento no se ha investigado hasta la fecha. En este estudio, nuestro objetivo es proporcionar un resumen de las NPs disponibles en el mercado y enumerar sus condiciones operativas óptimas [32].

Las NPs poseen alta área superficial en relación con su volumen, así como también efectos cuánticos y reactividad mejorada en RMP; propiedades que permiten mecanismos en RMP, como el mejoramiento de la humectabilidad y estabilidad térmica, la reducción de la tensión interfacial, la obstrucción selectiva y la desviación de fluidos, y los efectos catalíticos. A continuación, se resumen algunos tipos de NPs y sus efectos detallados por Hassan [33]:

1. 1. NPs de óxido de silicio y titanio. Son las más populares en los campos petroleros del Oriente Medio. Pueden modificar las propiedades de la superficie de la roca, mejorando la inhibición del agua y el desplazamiento del petróleo
2. 2. NPs recubiertas de surfactante. Pueden reducir la tensión interfacial entre el petróleo y el agua y facilita el flujo del petróleo.
3. 3. NPs de óxido metálico. Las más empleadas son las de óxido de aluminio y óxido de zinc, las cuales mejoran la conductividad térmica y estabilidad durante los métodos termales de RMP, por ejemplo, la inundación de vapor. Otras NPs metálicas, como las de óxido de hierro, tienen propiedades catalíticas porque pueden promover reacciones químicas in situ que generan gases, facilitando el desplazamiento de petróleo.
4. 4. NPs recubiertas con polímeros. Tienen la habilidad de tapar selectivamente zonas de alta permeabilidad y redirigir los fluidos de inyección, conduciendo a un barrido más uniforme y una mayor recuperación de petróleo. Se aplican con buenos resultados en los pozos de petróleo pesado de Canadá.

Los procesos bionano son una fusión entre biología, biotecnología y nanotecnología e integran las ventajas y beneficios de los microorganismos y de las NPs que provee una sinergia para la RMP, convirtiéndose en un enfoque promisorio eficaz para optimizar la RMP cuidando aspectos de productividad (económicos), ambientales y de sostenibilidad.

La investigación en el campo de los biopolímeros y NPs para RMP está en constante evolución, impulsada por la necesidad de soluciones más eficientes, sostenibles y adaptables a las diversas condiciones de los yacimientos. A continuación, se destacan algunos de los avances más recientes y prometedores.

1. 1. Funcionalización con NPs: La incorporación de NPs como sílice, arcilla o nanotubos de carbono en la estructura de los biopolímeros, puede mejorar significativamente sus propiedades. Esto incluye un aumento de la viscosidad, mayor estabilidad térmica y química, y mejor control de la permeabilidad [15,34]. Las NPs coloidales de sílice funcionalizadas con amida modifican la superficie de las NPs de sílice, mejorando significativamente su estabilidad en condiciones de yacimiento, es decir, crea una capa protectora alrededor de las NPs, evitando su interacción directa con la roca y el crudo, lo que reduce la posibilidad de desestabilización y sedimentación. Esto permite que las nanopartículas permanezcan dispersas, activas, garantizando su transporte efectivo y su capacidad para mejorar la recuperación de petróleo de manera eficiente y sostenible. La ventaja de esta técnica es la de mejorar la estabilidad de NPs de sílice para RMP [34].
2. 2. Copolimerización: Implica la combinación de diferentes monómeros para crear copolímeros, permitiendo diseñar biopolímeros con propiedades individualizadas para aplicaciones específicas en RMP [35]. La ventaja de esta técnica es que mejora la resistencia a la salinidad y temperatura en la RMP, sobre todo en los yacimientos petrolíferos maduros, en donde la producción primaria y secundaria ha disminuido, dejando petróleo atrapado en los poros de la roca. La copolimerización de polisacáridos con polímeros sintéticos, o la combinación estratégica de diferentes biopolímeros, modifica la estructura química de estos compuestos, lo que incrementa su resistencia frente a las condiciones adversas del yacimiento y optimiza sus propiedades para la RMP.
3. 3. Formación de hidrogeles: Los hidrogeles son redes tridimensionales de polímeros capaces de absorber grandes cantidades de agua que ofrecen un gran potencial en RMP. La formación de hidrogeles a partir de biopolímeros puede ser utilizada para bloquear selectivamente zonas de alta permeabilidad, controlar la pérdida de fluidos y mejorar la eficiencia de barrido [36]. En la producción de petróleo, el agua indeseada puede infiltrarse en los pozos, reduciendo la eficiencia de la extracción y aumentando los costos de producción. Los métodos tradicionales para controlar el flujo de agua, como la inyección de cemento o polímeros sintéticos, pueden ser costosos, tener un impacto ambiental negativo y no siempre ser efectivos en formaciones complejas. El desarrollo de hidrogeles resistentes y biodegradables a partir de copolímeros y nanocelulosa para el taponamiento selectivo de zonas de alta permeabilidad en yacimientos petrolíferos es una solución viable. La ventaja de esta técnica es el taponamiento de agua en yacimientos petrolíferos [37].

1. 1. RMP en yacimientos de shale: Los biopolímeros (polisacáridos provenientes de biomasa y de microorganismos) están siendo investigados para su aplicación en la recuperación de petróleo de yacimientos de esquisto (shale) [38], donde las condiciones extremas de presión y temperatura presentan desafíos significativos. La modificación química y la formación de hidrogeles pueden mejorar la estabilidad y el rendimiento de los biopolímeros en estos entornos.
2. 2. RMP en yacimientos costa afuera: Los biopolímeros biodegradables ofrecen una alternativa atractiva para RMP en yacimientos costa afuera (offshore), donde las afectaciones por el impacto ambiental son críticas. Su uso puede minimizar el impacto en los ecosistemas marinos y facilitar el cumplimiento de las regulaciones ambientales [39].
3. 3. RMP inteligente: La combinación de biopolímeros con tecnologías inteligentes, como sensores y nanomateriales, puede permitir un monitoreo en tiempo real y un control preciso de las operaciones de RMP. Esto puede optimizar la inyección de fluidos, mejorar la eficiencia de barrido y maximizar la recuperación de petróleo [40].

1. 1. Biopolímeros de microalgas: Las microalgas, organismos fotosintéticos unicelulares, están emergiendo como una fuente prometedora de biopolímeros para RMP. Estos biopolímeros, como el alginato y el carragenano, presentan ventajas como alta viscosidad, biodegradabilidad y capacidad de formar geles; además, su producción a partir de microalgas ofrece beneficios ambientales, como la captura de CO2 y la reducción de la dependencia de recursos fósiles [36,37].
2. 2. Biopolímeros de residuos agrícolas: La valorización de residuos agrícolas, como bagazo de caña de azúcar, cáscaras de arroz, raquis del plátano, paja de trigo, entre otros, utilizados para la producción de biopolímeros, representa una estrategia sostenible, circular y económicamente atractiva. Estos biopolímeros, como la celulosa y la hemicelulosa, pueden ser modificados químicamente para mejorar sus propiedades y adaptarse a las condiciones específicas de los yacimientos [32].

A continuación, en la Tabla 1 se presentan de manera resumida otras investigaciones desarrolladas recientemente sobre biopolímeros aplicados en RMP.

TABLA 1. Algunas investigaciones en el campo de los biopolímeros aplicados en RMP

TABLA 1.1
Algunas investigaciones en el campo de los biopolímeros aplicados en RMP

TABLA 1.2

TABLA 1.3

Como se muestra en la Tabla 1, son cada vez más los estudios desarrollados enfocados en demostrar que los biopolímeros y nanomateriales pueden mejorar la recuperación de petróleo en comparación con los métodos convencionales.

A continuación, en la Tabla 2 se compara las características más relevantes del desempeño de biopolímeros y polímeros sintéticos en RMP

TABLA 2. Comparación del desempeño de biopolímeros y polímeros sintéticos en RMP [60,61,62,63,64,65,66]

TABLA 2
Comparación del desempeño de biopolímeros y polímeros sintéticos en RMP [60,61,62,63,64,65,66]

La elección entre biopolímeros, polímeros sintéticos, NPs y nanomateriales depende de las condiciones específicas del yacimiento, las consideraciones ambientales y los objetivos económicos. Los biopolímeros ofrecen una alternativa sostenible y respetuosa con el medio ambiente, mientras que los polímeros sintéticos pueden ser más eficientes y económicos en ciertas situaciones. La investigación y el desarrollo continuos buscan mejorar el rendimiento de los biopolímeros y reducir su costo, ampliando su aplicabilidad en RMP y contribuyendo a una industria petrolera más sostenible [67]. El uso de NPs y nanomateriales en combinación con biopolímeros pueden mejorar el desplazamiento del petróleo al alterar la mojabilidad y propiedades interfaciales optimizando el factor de recobro y controlar la formación de emulsiones y espumas indeseadas [57].

Los biopolímeros presentan un enorme potencial en la RMP, ofreciendo ventajas significativas sobre los polímeros sintéticos tradicionales. Entre las principales ventajas se pueden anotar las siguientes:

1. 1. Biodegradabilidad y compatibilidad ambiental: La naturaleza biodegradable de los biopolímeros minimiza el impacto ambiental de las operaciones de RMP, reduciendo la contaminación del subsuelo y las aguas subterráneas. Además, su baja toxicidad los hace adecuados para su uso en yacimientos sensibles al medio ambiente [68].
2. 2. Mejora de la eficiencia de barrido: Los biopolímeros pueden aumentar la viscosidad del agua inyectada, lo que mejora la eficiencia de barrido y reduce la movilidad del fluido, permitiendo un desplazamiento más uniforme del petróleo y una mayor recuperación [69].
3. 3. Control de la permeabilidad: Los biopolímeros tienen la capacidad de disminuir selectivamente la permeabilidad en zonas altamente permeables del yacimiento, lo que optimiza el control de flujo de los fluidos inyectados. Este mecanismo redirige estratégicamente el fluido hacia regiones de baja permeabilidad, permitiendo acceder y movilizar el petróleo que permanecía atrapado en estas áreas, incrementando así la eficiencia de barrido y la recuperación total. [41].
4. 4. Estabilidad térmica y química: Algunos biopolímeros, como la escleroglucana, exhiben una buena estabilidad térmica y química, lo que los hace adecuados para su uso en yacimientos de alta temperatura y salinidad [15,70].

Las ventajas más relevantes del uso de NPs y nanomateriales en RMP son la alteración de la humectabilidad, la reducción de la tensión interfacial (TIF), la mejora de la reología y el control de movilidad. Recientes estudios han propuesto el uso de nanopartículas (NPs) para estabilizar microemulsiones (ME) y mejorar la recuperación de petróleo en condiciones difíciles. Se han desarrollado métodos para producir NPs de óxido de hierro in situ en ME de aceite en agua (o/w). Los resultados indicaron que el uso de ME puede aumentar significativamente la eficiencia de recuperación de petróleo, es decir, pasando del 10 % para ME sin NPs estabilizadoras al 28,9 % a una concentración de NPs de 6400 ppm [11].

A pesar del sinnúmero de investigaciones realizadas hasta el momento en esta área, aún quedan muchas dificultades por resolver. Entre las principales se pueden anotar la sensibilidad a las condiciones de yacimiento, la degradación microbiana para los biopolímeros, la escalabilidad para las NPs y nanomateriales y el costo, las cuales se detallan a continuación:

1. 1. Sensibilidad a las condiciones del yacimiento: Las condiciones adversas presentes en muchos yacimientos, como alta salinidad, temperaturas elevadas y presencia de iones divalentes, pueden deteriorar significativamente la viscosidad y estabilidad de los biopolímeros, lo que limita su aplicación efectiva en estos entornos hostiles [71,72].
2. 2. Degradación microbiana: Los biopolímeros son inherentemente susceptibles a la degradación por acción de microorganismos naturalmente presentes en el yacimiento. Este proceso de biodegradación puede comprometer gradualmente su efectividad, reduciendo su rendimiento en aplicaciones que requieren estabilidad a largo plazo [73].
3. 3. Viabilidad económica: Los biopolímeros frecuentemente presentan costos de producción superiores en comparación con los polímeros sintéticos convencionales, a pesar de sus ventajas ambientales. Esta desventaja económica representa un obstáculo significativo para su implementación a escala industrial y comercial [63,64,65,66].
4. 4. Complejidad de las NPs y nanomateriales: La aplicación de nanopartículas y nanomateriales enfrenta múltiples desafíos relacionados con su potencial toxicidad, impacto medioambiental, escalabilidad de producción, incertidumbre regulatoria y aceptación pública. Para aprovechar el potencial de estas tecnologías de manera segura y responsable, es fundamental establecer estrategias de investigación multidisciplinaria, innovación continua y colaboración entre los sectores académico, industrial y regulatorio [74].

El uso de los biopolímeros en RMP puede optimizarse mediante diversas estrategias de innovación tecnológica. Entre las más prometedoras se destacan:

1. 1. Modificación química: La transformación de la estructura química de los biopolímeros permite mejorar su resistencia a la degradación, aumentar su estabilidad térmica y química, y potenciar su rendimiento bajo las condiciones adversas presentes en diversos yacimientos [31].
2. 2. Desarrollo de sistemas híbridos: La combinación estratégica de biopolímeros con polímeros sintéticos o nanopartículas posibilita la creación de sistemas híbridos con propiedades superiores, como mayor resistencia a la degradación y control optimizado de la permeabilidad en diferentes zonas del yacimiento [75,76].
3. 3. Aplicación de ingeniería genética: La manipulación genética dirigida de microorganismos productores de biopolímeros facilita el desarrollo de compuestos con propiedades personalizadas específicamente diseñadas para las diversas aplicaciones y condiciones de la RMP [77].

La viabilidad económica de los biopolímeros en RMP es un factor crucial a considerar, ya que impacta directamente en la rentabilidad de los proyectos de recuperación de petróleo. A continuación, se analizan los principales aspectos económicos:

Son varios los costos asociados al uso de biopolímeros, NPs, y nanomateriales en RMP. Los más relevantes se mencionan a continuación:

1. 1. Costo de producción de biopolímeros: Puede ser más elevado que el de los polímeros sintéticos debido a la complejidad de los procesos de extracción, purificación y modificación química; sin embargo, el avance en la biotecnología y la utilización de fuentes renovables y residuos agrícolas están contribuyendo a reducir estos costos [57,58,78].
2. 2. Transporte y almacenamiento: Los costos de transporte y almacenamiento dependen de la forma y concentración del biopolímero. En general, los biopolímeros en polvo o gránulos son más fáciles de transportar y almacenar que las soluciones líquidas, lo que puede reducir los costos logísticos [79].
3. 3. Aplicación: El costo de aplicación de biopolímeros en el yacimiento incluye la preparación de la solución, la inyección y el monitoreo del proceso. Estos costos pueden variar dependiendo de las características del yacimiento, la tecnología de inyección utilizada y la complejidad del proyecto [80].

Está influenciado por tres puntos importantes que se indican a continuación:

1. 1. Mayor recuperación de petróleo: Los biopolímeros pueden mejorar significativamente la recuperación de petróleo en comparación con los métodos convencionales, lo que se traduce en un mayor volumen de producción y mayores ingresos [81].
2. 2. Beneficios ambientales: El uso de biopolímeros biodegradables puede reducir los costos asociados a la remediación ambiental y el cumplimiento de regulaciones, además de mejorar la imagen de la empresa en términos de sostenibilidad [82].

La evaluación económica de los biopolímeros en RMP debe considerar un análisis detallado de los costos y beneficios potenciales dependiendo de cada caso; no obstante, factores como el precio del petróleo, las características del yacimiento, la tecnología disponible y las regulaciones ambientales influyen en la viabilidad económica de cada proyecto [83].

La adopción de biopolímeros en la RMP trasciende los beneficios económicos y técnicos, posicionándose como un pilar fundamental en la transición hacia una industria petrolera más sostenible y alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODSs) [11]. Beneficios ambientales:

El uso de biopolímeros biodegradables puede reducir los costos asociados a la remediación ambiental y el cumplimiento de regulaciones, además de mejorar la imagen de la empresa en términos de sostenibilidad [82].

Reducción de costos operativos:

La mejora en la eficiencia de barrido y la reducción de la necesidad de inyectar grandes volúmenes de agua pueden disminuir los costos operativos a largo plazo [83].

1. 1. Biodegradabilidad: La naturaleza biodegradable de los biopolímeros minimiza la contaminación del subsuelo y las aguas subterráneas, protegiendo los ecosistemas y la biodiversidad. Esto contribuye directamente al ODS 6 (agua limpia y saneamiento) y al ODS 15 (vida de ecosistemas terrestres).
2. 2. Baja toxicidad: La ausencia de sustancias tóxicas en los biopolímeros reduce el riesgo de daños a la salud humana y al medio ambiente, promoviendo el ODS 3 (salud y bienestar) y el ODS 12 (producción y consumo responsables).
3. 3. Menor huella de carbono: La producción de biopolímeros a partir de fuentes renovables, como residuos agrícolas y microalgas, disminuye la dependencia de recursos fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero, contribuyendo al ODS 13 (acción por el clima).

1. 1. Valorización de residuos: La utilización de residuos agrícolas y otros subproductos como materia prima para la producción de biopolímeros promueve la economía circular y reduce el desperdicio, en línea con el ODS 12 (producción y consumo responsables).
2. 2. Desarrollo de bioeconomías locales: La producción y aplicación de biopolímeros pueden impulsar el desarrollo de bioeconomías locales, generando empleo y promoviendo el crecimiento económico sostenible en comunidades cercanas a los yacimientos, contribuyendo al ODS 8 (trabajo decente y crecimiento económico).

1. 1. Imagen corporativa: La adopción de tecnologías sostenibles, como los biopolímeros, mejora la imagen corporativa de las empresas petroleras, demostrando su compromiso con la protección del medio ambiente y la responsabilidad social, en consonancia con el ODS 12 (producción y consumo responsable) y el ODS 17 (alianzas para lograr los objetivos).
2. 2.
3. 3. Licencia social para operar: El uso de biopolímeros puede facilitar la obtenciónde la licencia social para operar, al reducir el impacto ambiental de las actividadesde RMP y generar confianza en las comunidades locales, contribuyendo al ODS 16(paz, justicia e instituciones sólidas).

lorejuela@usfq.edu.ec