Как оказалось шмель встал корректно, я просто не удосужился подправить BUSID в конфигурационном файле. Видимо скрипты (тот же официальный скрипт для установки проприетарных дров от NVIDIA) как-то не так определяют наличие второй видеокарты. В системе дискретная видеокарта определяется не как VGA-контроллер, а как 3D-контроллер.
$ lspci | grep -ie 'vga\|3d'
00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation 2nd Generation Core Processor Family Integrated Graphics Controller (rev 09)
01:00.0 3D controller: NVIDIA Corporation GF119M [GeForce GT 520MX] (rev a1)
теперь все хорошо:
$ optirun glxgears -info
GL_RENDERER = GeForce GT 520MX/PCIe/SSE2
GL_VERSION = 4.4.0 NVIDIA 331.49
GL_VENDOR = NVIDIA Corporation
GL_EXTENSIONS = .....
6297 frames in 5.0 seconds = 1259.257 FPS
6229 frames in 5.0 seconds = 1245.794 FPS