Impact of bedding plane on tensile strength and fracture geometry derived from Brazilian tests on Montney equivalent rock discs

ABSTRACT: Hydraulic fracturing (HF) or fracking is extensively used to increase the permeability of unconventional source rocks, such as the Montney formation which is prolific producer of oil and gas in Western Canada. Optimizing the economic recovery of hydrocarbons is dependent on understanding how these rocks fracture. However, failure mechanics of shale rocks are not well-understood due to the heterogeneous fabric (bedding) of the rock and their anisotropic stress-strain behaviour, which is rarely considered in geomechanical HF models. Recent studies have suggested that bedding plane weaknesses, and their orientation to the principal tensile stress, may influence how fractures form within the subsurface during HF stimulations. To investigate this behaviour, a series of Brazilian tests were conducted on Montney equivalent outcrop rock samples where the axial load was applied at different orientations to the bedding plane of the rock samples to investigate the influence of bedding plane orientation on fracture behaviour, including Brazilian tensile strength and fracture propagation. The results of this study can lead to better understanding of fracture behaviour of Montney shale and may help better predict HF fracture propagation and enhance hydrocarbon recovery.

RÉSUMÉ: La fracturation hydraulique (HF) ou fracking est largement utilisée pour augmenter la perméabilité des roches mères non conventionnelles, comme la formation Montney qui est un producteur prolifique de pétrole et de gaz dans l'Ouest du Canada. L'optimisation de la récupération économique des hydrocarbures dépend de la compréhension de la façon dont ces roches se fracturent. Cependant, la mécanique de la rupture des roches de schiste n'est pas bien comprise en raison de la structure hétérogène (stratification) de la roche et de leur comportement anisotrope en contrainte-déformation, qui est rarement pris en compte dans les modèles géomécaniques de la HF. Des études récentes ont suggéré que les faiblesses du plan de stratification, et leur orientation par rapport à la contrainte de traction principale, peuvent influencer la façon dont les fractures se forment dans la subsurface pendant les stimulations de la HF. Pour étudier ce comportement, une série d'essais brésiliens a été réalisée sur des échantillons de roche d'affleurement équivalents à ceux de Montney, où la charge axiale a été appliquée selon différentes orientations par rapport au plan de stratification des échantillons de roche, afin d'étudier l'influence de l'orientation du plan de stratification sur le comportement des fractures, notamment la résistance à la traction brésilienne et la propagation des fractures. Les résultats de cette étude peuvent conduire à une meilleure compréhension du comportement des fractures du schiste de Montney et peuvent aider à mieux prédire la propagation des fractures de la HF et améliorer la récupération des hydrocarbures.