本发明公开一种CO2驱替实验系统及实验方法，包括气体制冷系统、气体注入系统、液体注入系统和岩心夹持系统；气体制冷系统由装有CO2的气瓶、净化器、制冷水浴、第一CO2泵和储罐依次连接组成；气体注入系统通过储罐与第二CO2泵和缓冲罐依次连接；液体注入系统包括并联的两个支路，第一支路包括第一活塞容器，第二支路由包扣第二活塞容器；液体注入系统的入口依次与注液泵、第一容器连接，出口与缓冲罐出口相连接；岩心夹持系统包括岩心夹持器；岩心夹持器连接气体注入系统和液体注入系统。本发明装置可以模拟并测试二氧化碳或者水溶液在不同排量、不同温度、不同压力、不同溶液配比情况下的对储层岩心的驱替过程，计算残余水饱和度，或者残余CO2饱和度。