Não sei se as coisas eram diferentes em '13, mas 'zfs replace' funciona em pools não redundantes. Você acabou de executar o comando 1 em vez de desanexar primeiro.
d1 é 1G, d2 é 2G, ambos são arquivos vazios em / tmp:
/t/test #> zpool create test /tmp/test/d1
/t/test #> zpool set autoexpand=on test
/t/test #> zpool status
pool: test
state: ONLINE
scan: none requested
config:
NAME STATE READ WRITE CKSUM
test ONLINE 0 0 0
/tmp/test/d1 ONLINE 0 0 0
errors: No known data errors
/t/test #> zpool list
NAME SIZE ALLOC FREE EXPANDSZ FRAG CAP DEDUP HEALTH ALTROOT
test 1008M 258K 1008M - 0% 0% 1.00x ONLINE -
/t/test #> zpool replace test /tmp/test/d1 /tmp/test/d2
/t/test #> zpool status
pool: test
state: ONLINE
scan: resilvered 61K in 0h0m with 0 errors on Sun Sep 18 18:55:32 2016
config:
NAME STATE READ WRITE CKSUM
test ONLINE 0 0 0
/tmp/test/d2 ONLINE 0 0 0
errors: No known data errors
/t/test #> zpool list
NAME SIZE ALLOC FREE EXPANDSZ FRAG CAP DEDUP HEALTH ALTROOT
test 1.98G 408K 1.98G - 0% 0% 1.00x ONLINE -