Influence of Anisotropic Texture on Fracture Toughness of Shale Rocks under Cyclic Loading during Drilling

E3S Web of Conferences, 2026

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.1051/e3sconf/202673902004
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

Shale rocks exhibit strong mechanical anisotropy due to their layered texture, which significantly influences fracture behavior under the cyclic loading conditions encountered during drilling. This study investigates the effect of anisotropic texture, characterized by bedding orientation angle β, on the Mode I fracture toughness degradation of shale subjected to cyclic loading. Notched semi-circular bend specimens were prepared at five bedding angles (β = 0°, 30°, 45°, 60°, and 90°) and tested under sinusoidal cyclic loading at 5 Hz, simulating bit-rock interaction and drill-string vibrations. Static baseline fracture toughness showed pronounced anisotropy, decreasing from 1.68 MPa·m 1/2 at β = 0° to 0.71 MPa·m 1/2 at β = 90°. Under cyclic loading, toughness degradation was markedly accelerated in bedding-parallel and oblique orientations, reaching up to 61% reduction after 10 4 cycles at β = 90°, compared to only 23% at β = 0°. Crack paths transitioned from transgranular crossing to inter-laminar delamination with increasing β, accompanied by higher acoustic emission activity and stiffness loss. These findings reveal that weak bedding planes act as preferential paths for fatigue damage accumulation. The results provide new insights for optimizing drilling parameters and improving wellbore stability predictions in anisotropic shale formations.