本发明涉及一种天然气藏多层合采物理模拟系统，包括注入系统、岩心夹持系统、围压系统、回压系统、压力采集系统、流量控制及采集系统和温控系统七个子系统，其中，注入系统包括高压气源、中间容器和高精度柱塞泵，岩心夹持系统包括三组长岩心夹持器，围压系统为三组柱塞泵，回压系统包括高精度回压阀和柱塞泵，压力采集系统包括压力传感器和计算机，流量控制及采集系统包括流量传感器、流量控制器和计算机，温控系统为恒温箱。本发明能够模拟储层真实条件下不同驱动类型天然气藏在不同开发方式的多层合采过程，用于研究天然气藏多层合采渗流规律及开发特征。