Сланцевые коллекторы углеводородов обычно представлены субмикрометровыми, сильно уплотненными частицами глины с включениями различных твердых агрегатов вроде кварца, пирита и др. Их структура характеризуется нанометрической пористостью.

Такая многомасштабная неоднородность сланцев, особенно на микроуровне, определяет анизотропию их свойств. С этим связано формирование сложной сети трещин при гидроразрыве пласта.

По словам авторов, его актуальность обусловлена многообразием сланцев и их свойств, включая анизотропию механических характеристик на микроуровне, в то время как прошлые работы по изучению механических параметров проводились на породах конкретного типа.

Объектами исследования стали пробы из китайских месторождений Фулинг, Чаннин, Вэйюань. В качестве методики использовалась технология индентирования, предполагающая вдавливание материала в поверхность инструмента с удержанием на протяжении определенного времени на пиковой глубине. Этот метод поверхностного определения механических свойств и прочности материалов позволяет измерять эти параметры на нано- или микроуровне без отбора большого количества проб, включая керны, и проведения лабораторных исследований.

За 50 индентаций для каждой пробы были определены такие механические характеристики, как твердость, прочность при одноосном сжатии, модуль упругости, хрупкость в направлениях нормальном к слоистости и параллельном слоистости и вязкость разрушения, а также анизотропия данных параметров.

На основе анализа установлено, что твердость, прочность при одноосном сжатии, модуль упругости, хрупкость в направлении, параллельном слоистости, выше, чем в направлении, нормальном к слоистости, а вязкость разрушения – наоборот. Для всех механических свойств изученных сланцев наблюдается прямо пропорциональное соотношение в двух направлениях относительно слоистости. Механические характеристики возрастают с повышением хрупкости в обоих направлениях относительно слоистости. Сланцы месторождения Фулинг обладают наибольшими показателями твердости, прочности при одноосном сжатии, модуля упругости и хрупкости. На втором месте находятся образцы из Чаннин. Выявлена прямая связь содержания глинистых частиц с анизотропией модуля упругости и обратная с анизотропией хрупкости. Это обусловлено зависимостью анизотропии от анизотропных глинистых минералов и ориентированных геометрических факторов твердой фазы. Также установлена связь твердости, модуля упругости и содержания хрупких глинистых минералов.