O piloto natural de Almada completou 17 voltas e registou como melhor tempo 1.36,490 minutos, ficando a 0,944 segundos de Bulega, que rodou em 1.35,546.
O italiano Alberto Surra (Ducati) terminou em segundo, a apenas 0,052 segundos do compatriota, com uma melhoria na parte final da sessão que relegou o espanhol Iker Lecuona (Ducati) para terceiro, a 0,379 do seu companheiro de equipa.
Oliveira chegou a liderar a tabela de tempos nos primeiros minutos e terminou como o melhor representante da BMW, à frente do italiano Danilo Petrucci, seu companheiro de equipa, que foi 17.º, a 1,392 segundos de Bulega.
O português ficou a 0,110 segundos do nono classificado, o italiano Yari Montella (Ducati), numa sessão em que os primeiros 12 pilotos terminaram separados por menos de um segundo.
Bulega, que assegurou o título mundial na ronda anterior, em Cremona, em Itália, iniciou a penúltima jornada da temporada com o melhor tempo, enquanto Surra confirmou a competitividade demonstrada na prova italiana, onde alcançou o primeiro pódio no campeonato.
Lecuona, vencedor das três corridas de Cremona, completou um trio da frente integralmente composto por pilotos da Ducati.
O britânico Alex Lowes (Bimota) foi quarto, a 0,538 segundos do mais rápido, seguido do espanhol Xavi Vierge (Yamaha), que também melhorou nos últimos minutos para terminar em quinto, a 0,601.
Vierge relegou o espanhol Álvaro Bautista (Ducati) para sexto, embora o bicampeão mundial tenha conseguido a sua melhor classificação da temporada numa primeira sessão de treinos livres.
A sessão decorreu com pista seca e ficou marcada por quedas do britânico Tommy Bridewell (Ducati), na curva 10, e do norte-americano Garrett Gerloff (Kawasaki), na curva sete.
Oliveira volta à pista ainda esta sexta-feira, às 15:00, para os segundos treinos livres da 11.ª e penúltima ronda do campeonato.
No sábado, a qualificação Superpole disputa-se às 11:15 e a primeira corrida às 15:30. No domingo, a corrida Superpole começa às 11:10 e a segunda corrida principal às 15:30.