Sachverhalt: A. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach X._ am 27. April 2011 der Vergewaltigung, der sexuellen Nötigung und des Hausfriedensbruchs schuldig. Es verurteilte ihn zu einer Freiheitsstrafe von 3 Jahren, unter Anrechnung der erstandenen Haft, und widerrief die mit Urteil des Bezirksgerichts Zürich am 10. Februar 2005 bedingt ausgefällte Freiheitsstrafe von 11 Monaten. Es schob den Vollzug der Freiheitsstrafe auf und wies X._ in eine Einrichtung für junge Erwachsene ein. Am 9. Mai 2014 wurde X._ bedingt aus der Massnahme für junge Erwachsene entlassen. Am 20. August 2014 stellte das Amt für Justizvollzug des Kantons Zürich (JUV) beim Bezirksgericht Zürich den Antrag auf Rückversetzung von X._ in den Massnahmevollzug mit zeitgleicher Anordnung einer stationären Massnahme im Sinne von Art. 59 StGB sowie einen Antrag auf Überprüfung der Anordnung von Sicherheitshaft für die Dauer des Nachverfahrens. Mit Beschluss des Bezirksgerichts Zürich vom 9. März 2015 wurde X._ in den Massnahmevollzug zurückversetzt, die Massnahme für junge Erwachsene aufgehoben und eine stationäre therapeutische Massnahme angeordnet. Gleichentags wurde die Fortdauer der Sicherheitshaft bis zum Antritt der stationären Massnahme verfügt. B. Gegen den Beschluss des Bezirksgerichts Zürich vom 9. März 2015 erhob X._ Beschwerde und beantragte die Durchführung einer mündlichen Verhandlung. Diesen Antrag wies das Obergericht des Kantons Zürich zusammen mit der Beschwerde am 27. November 2015 ab. C. Das Bundesgericht hiess am 30. August 2016 die Beschwerde von X._ gut, hob den Beschluss vom 27. November 2015 auf und wies die Sache zu neuer Entscheidung nach Durchführung einer mündlichen Verhandlung an das Obergericht zurück (Verfahren 6B_85/2016). D. Mit Beschluss vom 5. Dezember 2016 wies das Obergericht die Beschwerde von X._ ab. E. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, der Beschluss des Obergerichts vom 5. Dezember 2016 sei aufzuheben. Der Antrag des Amts für Justizvollzug des Kantons Zürich vom 20. August 2014 auf Rückversetzung in die Massnahme für junge Erwachsene und auf zeitgleiche Anordnung einer stationären Massnahme sei abzuweisen. Es sei eine ambulante psychiatrisch-psychotherapeutische Behandlung anzuordnen. Zur Einleitung der ambulanten Behandlung sei eine maximal zweimonatige stationäre Behandlung anzuordnen. Eventualiter sei die Sache zur erneuten Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. X._ ersucht für das bundesgerichtliche Verfahren um unentgeltliche Prozessführung und Verbeiständung.