本发明公开水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及方法,实验装置包括可视化模拟容器外壳,可视化模拟容器外壳上设置有可视窗,可视化模拟容器外壳顶部设置有密封顶盖,可视化模拟容器外壳底部设置有密封底盖;密封顶盖上设置有注水管路和采出管路;可视化模拟容器外壳内部设置有饱和人造岩心。本发明设计合理、使用操作简便、功能完善、模拟效果好,能够实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟,可视化得到不同注入流体特征、不同地层流体粘度、隔夹层遮挡、裂缝发育下的毛细管差异重力分异程度和剩余油富集位置,分析不同尺度毛细管中环面油水置换、均匀驱替上升现象的临界情况。