本发明涉及一种非均质油藏二氧化碳驱井网驱替可视化物理模拟实验装置，涉及油气田开发工程室内物理模拟实验技术领域。所述实验装置包括：成像装置、二氧化碳气瓶、阀门、旋转装置、填砂模型单元、油气分离装置和油气计量装置；二氧化碳气瓶通过阀门与填砂模型单元的注入井连通，填砂模型单元的生产井与油气分离装置的输入端连通，油气分离装置的输出端与油气计量装置连通；旋转装置与填砂模型单元机械连接，旋转装置用于调整填砂模型单元的倾角，成像装置用于对驱替过程中的填砂模型单元进行成像。本发明解决了现有研究技术无法考虑地层倾角影响的问题，使得模拟结果更加精确。