Descobri qual era o problema. No MongoEngine "conectar" método, o replicaSet parâmetro necessário para ser especificado da seguinte forma:

connect(db = "my_db", replicaSet = "my_replica_set_name", host = "hostname", port = "port_number")

A sintaxe da preferência de leitura está correta conforme especificado acima. Passando o replicaSet parâmetro fez funcionar.