Sachverhalt:
A.
X.a._ wird vorgeworfen, am 20. September und am 21. November 2008 zusammen mit einer Mitbeschuldigten Kokain aus dem Transitbereich des Flughafens Zürich geschleust zu haben. Am 15. April 2010 habe er gemeinsam mit einem Mitbeschuldigten Anstalten dazu getroffen. Weiter habe er am 1. April 2009 beim Bundesamt für Migration einen Einbürgerungsantrag mit unzutreffenden Personalangaben gestellt.
B.
Das Bezirksgericht Bülach verurteilte X.a._ am 29. November 2011 wegen mehrfacher qualifizierter Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz und versuchter Erschleichung einer falschen Beurkundung zu einer Freiheitsstrafe von sieben Jahren. Es erkannte auf eine Ersatzforderung des Staates von Fr. 10'000.-- und ordnete die Einziehung des beschlagnahmten Bargelds, der Mittel auf dem gesperrten Bankkonto sowie der gefälschten angolanischen Identitätskarte lautend auf X.a._ an.
Dieses Urteil bestätigte das Obergericht des Kantons Zürich am 29. Oktober 2012 auf Berufung von X.a._ hin.
C.
X.a._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, er sei wegen einer Ordnungswidrigkeit nach Zollgesetz zu bestrafen. Vom Vorwurf der Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz und der versuchten Erschleichung einer falschen Beurkundung sei er freizusprechen. Es sei ihm eine angemessene Entschädigung für Überhaft und eine Genugtuung zuzusprechen. Auf die Ersatzforderung sei zu verzichten. Er sei zur Übernahme der Verfahrenskosten im Betrag von Fr. 900.-- zu verpflichten. Ferner ersucht er um unentgeltliche Rechtspflege.
Erwägungen:
1.
1.1. Die Beschwerde ist zu begründen (Art. 42 Abs. 1 und 2 BGG). Die Begründung hat in der Beschwerdeschrift selbst zu erfolgen. Soweit der Beschwerdeführer auf seine Eingaben vor erster Instanz (Beschwerde S. 9) oder Vorinstanz (Beschwerde S. 3 und 7) verweist, ist darauf nicht einzutreten (BGE 133 II 396 E. 3.1; 131 III 384 E. 2.3 mit Hinweis).
1.2. Anfechtungsobjekt der Beschwerde ist der letztinstanzliche kantonale Entscheid (Art. 80 Abs. 1 BGG). Auf die Vorbringen des Beschwerdeführers, die sich auf die Ermittlungen der Staatsanwaltschaft oder das erstinstanzliche Urteil beziehen (Beschwerde S. 5), ist nicht einzutreten.
1.3. Soweit sich die Beschwerde gegen die tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz richtet, gilt eine qualifizierte Rügepflicht. Die Sachverhaltsfeststellung kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht, und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG). Offensichtlich unrichtig ist die Feststellung des Sachverhalts, wenn sie als willkürlich gemäss Art. 9 BV erscheint (BGE 136 II 304 E. 2.4). Die Rüge der Willkür muss in der Beschwerde anhand des angefochtenen Entscheids präzise vorgebracht und begründet werden, ansonsten darauf nicht eingetreten wird (Art. 106 Abs. 2 BGG). In der Beschwerde muss im Einzelnen dargelegt werden, inwiefern der angefochtene Entscheid an einem qualifizierten Mangel leidet. Auf eine bloss appellatorische Kritik am angefochtenen Urteil tritt das Bundesgericht nicht ein (BGE 136 II 489 E. 2.8; 133 IV 286 E. 1.4; 133 II 249 E. 1.4.2; 134 II 244 E. 2.1 und 2.2). Der Beschwerdeführer beruft sich auf die Unschuldsvermutung als Beweiswürdigungsregel (Beschwerde S. 14). In dieser Funktion kommt ihr im Verfahren vor Bundesgericht keine Bedeutung zu, die über das Willkürverbot hinausgeht (BGE 127 I 38 E. 2a mit Hinweisen).
2.
2.1. Der Beschwerdeführer bringt vor, er habe nur ein Geständnis abgelegt, um aus der Untersuchungshaft entlassen zu werden. Die Situation seiner Familie sei schlecht gewesen. Alles Vermögen sei im Verfahren gesperrt worden. Die kranke Ehefrau habe drei schulpflichtige Kinder beaufsichtigen müssen. Er habe ein Geständnis vorgetäuscht "in der Überzeugung, die Situation seiner Familie nachhaltig verbessern zu können und so auch Druck von sich selbst zu nehmen". Dank der Entlassung aus der Untersuchungshaft habe er tatsächlich erreicht, dass ihm Arbeitslosengelder ausbezahlt wurden. Damit habe er die finanzielle Existenz seiner Familie sichern können. In der Folge habe er eine neue Anstellung gefunden. Aus dem Umstand, dass der Verteidiger anwesend war, als er das Geständnis abgelegt habe, lasse sich nichts ableiten. Unhaltbar sei die vorinstanzliche Feststellung, das Geständnis werde durch die Aussagen der Mitbeschuldigten gestützt. Ob von einem falschen Geständnis auszugehen sei, müsse allein aufgrund seines Verhaltens, der Umstände und seiner Aussagen beurteilt werden. Die Aussagen der Mitbeschuldigten seien alles andere als klar und eindeutig.
2.2. Die Vorinstanz qualifiziert das Geständnis des Beschwerdeführers als glaubhaft. Sie erwägt, er habe nicht einfach Vorhalte pauschal bestätigt, sondern in Anwesenheit des Verteidigers von sich aus detaillierte Angaben zu den Abläufen gemacht und auch einzelne Punkte bestritten. Das Geständnis weiche nicht grundsätzlich von seinen früheren Aussagen ab, sondern beziehe sich auf kleine, aber entscheidende Abweichungen betreffend seine Kenntnisse im Zeitpunkt der Tathandlungen und die erhaltenen Aufträge. Das Geständnis werde gestützt durch die Aussagen der Mitbeschuldigten und die Auswertung der Telefonüberwachung. Es sei nach der Konfrontation mit den Mitbeschuldigten und nach dem Vorhalt belastender Beweismittel in einem fortgeschrittenen Stadium der Untersuchung erfolgt (Urteil S. 20).
2.3. Der Beschwerdeführer legt nicht dar, inwiefern die vorinstanzliche Beweiswürdigung willkürlich sein soll (vgl. E. 1.3). Seine Vorbringen erschöpfen sich in einer unzulässigen appellatorischen Kritik. Das Bundesgericht schreitet nur ein, wenn die Beweiswürdigung der Vorinstanz im Ergebnis offensichtlich unhaltbar ist oder mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht. Dass eine andere Lösung oder Würdigung ebenfalls vertretbar erscheint oder gar vorzuziehen wäre, genügt für die Annahme von Willkür nicht (BGE 134 I 140 E. 5.4 mit Hinweisen).
3.
3.1. Der Beschwerdeführer wendet sich gegen den Schuldspruch wegen versuchter Erschleichung einer falschen Beurkundung und macht eine offensichtlich unrichtige Sachverhaltsfeststellung geltend.
3.2. Die Vorinstanz führt aus, beim Beschwerdeführer handle es sich um X.b._, der am xx.xx.xx in Zaire geboren worden sei. Sie berücksichtigt die Aussagen des Beschwerdeführers sowie seiner Ehefrau und stützt sich auf die Feststellungen des Urkundenlabors und der kriminaltechnischen Abteilung der Kantonspolizei Zürich, wonach die angolanische Identitätskarte des Beschwerdeführers gefälscht sei. Sie würdigt eine Heiratsurkunde der Republik Zaire vom 20. November 1993, die am 7. Juli 2010 anlässlich einer Hausdurchsuchung beim Beschwerdeführer in einem schwarzen Aktenkoffer sichergestellt wurde. Das Dokument betreffe die Eheschliessung zwischen X.b._ und Y._, beide Staatsangehörige von Zaire. Die Vorinstanz weist darauf hin, dass in den Namen der Kinder des Beschwerdeführers die Vornamen der Eltern des Bräutigams und der Mutter der Braut erscheinen. Weiter würdigt sie, dass sich im sichergestellten Aktenkoffer Negative von Hochzeitsfotos des Beschwerdeführers und seiner Ehefrau sowie Zeugnisse und Bescheinigungen befanden, die auf X.b._ und Y._ lauten. Die Vorinstanz setzt sich mit der Erklärung des angolanischen Justizministeriums vom 10. November 2011 auseinander, wonach die Geburtsurkunde betreffend X.a._ echt sei. In der Geburtsurkunde werde bestätigt, dass am xx.xx.xx in Uíge ein männliches Kind geboren worden sei, welches den Namen X.a._ trage und Sohn des Z._ und der W._ sei. Der Zivilstand der Eltern werde als ledig aufgeführt. Diese Urkunde stimme nicht mit den Angaben des Beschwerdeführers überein, wonach er erst nach der Heirat seiner Mutter mit Z._ von diesem adoptiert worden sei (Urteil S. 7-13).
3.3. Neue Tatsachen und Beweismittel dürfen vor Bundesgericht nur soweit vorgebracht werden, als erst der Entscheid der Vorinstanz dazu Anlass gibt (Art. 99 Abs. 1 BGG). Hierbei handelt es sich um unechte Noven. Echte Noven, das heisst Tatsachen, die sich zugetragen haben, nachdem vor der Vorinstanz keine neuen Tatsachen mehr vorgebracht werden durften, sind vor Bundesgericht unbeachtlich (BGE 135 I 221 E. 5.2.4; 133 IV 342 E. 2.1; je mit Hinweisen). Der Beschwerdeführer behauptet, die diplomatische Vertretung Angolas in Bern erkläre, dass er angolanischer Staatsangehöriger sei und der Antrag auf Ausstellung einer Geburtsurkunde in Angola hängig sei (Beschwerde S. 6). Er legt ein Schreiben vom 21. Dezember 2012 samt Übersetzung und Carte Consulaire ins Recht. Dabei handelt es sich um unzulässige echte Noven, die nicht zu berücksichtigen sind. Im Übrigen legt der Beschwerdeführer nicht dar, inwiefern die vorinstanzliche Beweiswürdigung willkürlich sein soll (vgl. E. 1.3). Soweit er dieser lediglich seine eigene Sicht der Dinge gegenüberstellt, ist er nicht zu hören. So wenn er erneut vorbringt, seine Mutter habe Z._ geheiratet, nachdem sein leiblicher Vater gestorben sei. Nachdem diese Aussage offensichtlich im Widerspruch zur angolanischen Geburtsurkunde steht, durfte die Vorinstanz darauf verzichten, deren Echtheit überprüfen zu lassen. Sie gelangt willkürfrei zum Schluss, dass es sich beim Beschwerdeführer um X.b._ handelt.
4.
4.1. Der Beschwerdeführer wendet sich gegen den Schuldspruch wegen mehrfacher qualifizierter Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz und macht eine offensichtlich unrichtige Sachverhaltsfeststellung geltend.
4.2.
4.2.1. Der Beschwerdeführer bestreitet, sich am 20. September 2008 an einer strafbaren Handlung beteiligt und dafür eine Belohnung erhalten zu haben. Die Vorinstanz habe die Aussagen der Mitbeschuldigten willkürlich gewürdigt. Das Gepäckstück sei ohne seine Beteiligung aus dem Transitbereich geschafft worden.
4.2.2. Die Vorinstanz stellt fest, der Beschwerdeführer habe am 20. September 2008 den Personalausgang des Transitbereichs ausgekundschaftet, worauf die Mitbeschuldigte mit dem Rucksack durch denselben Ausgang gefolgt sei. Die Mitbeschuldigte habe dem Beschwerdeführer zuvor mitgeteilt, sie sei angefragt worden, ein Gepäckstück aus dem Flughafen zu bringen. Der Beschwerdeführer habe später eine Belohnung von Fr. 5'000.-- erhalten. Die Vorinstanz stützt sich auf Aussagen der Mitbeschuldigten, wonach ihr der Beschwerdeführer geholfen habe. Dass sie an einer Stelle den anderen Mitbeschuldigten nenne, wertet die Vorinstanz als Versprecher oder falsche Protokollierung. Es sei nicht ersichtlich, weshalb die Mitbeschuldigte den Beschwerdeführer falsch belasten sollte. Sein später widerrufenes Geständnis (vgl. E. 2) stimme mit ihren Aussagen überein (Urteil S. 21-24).
4.3.
4.3.1. Der Beschwerdeführer macht geltend, er habe der Mitbeschuldigten am 21. November 2008 geholfen, einen Koffer am Zoll vorbei aus dem Transitbereich zu befördern. Allerdings sei er davon ausgegangen, es habe sich um Übergepäck des gleichentags verreisten Mitbeschuldigten gehandelt, das die schwangere Mitbeschuldigte nicht alleine habe transportieren wollen. Er sei bei der Übergabe der Drogen an die Mitbeschuldigte im Transitbereich nicht anwesend gewesen und habe davon auch nichts gewusst.
4.3.2. Die Vorinstanz stellt fest, der Beschwerdeführer habe am 21. November 2008 in Begleitung der Mitbeschuldigten einen Koffer mit Kokain durch einen Personalausgang des Transitbereichs gebracht und sie zusammen mit diesem Koffer nach Hause gefahren. Dafür habe er von ihr Fr. 5'000.-- erhalten. Die Vorinstanz stützt sich auf die Aussagen der Mitbeschuldigten sowie das später widerrufene Geständnis des Beschwerdeführers (vgl. E. 2) und wertet seine Darstellung, dass es sich beim Koffer um Übergepäck des Mitbeschuldigten gehandelt habe, als realitätsferne Schutzbehauptung (Urteil S. 24-25).
4.4.
4.4.1. Der Beschwerdeführer bestreitet, am 15. April 2010 gemeinsam mit einem Mitbeschuldigten Anstalten getroffen zu haben, um Kokain aus dem Transitbereich zu bringen. Es dürfe nicht auf sein später widerrufenes Geständnis abgestellt werden. Das Geständnis der Mitbeschuldigten an der Berufungsverhandlung müsse ohne jeden Einfluss bleiben. Sie habe jahrelang konsequent andere Aussagen gemacht. Ihr sei es nur darum gegangen, die Vorinstanz milde zu stimmen. Sie sei wegen dieses Delikts sowieso verurteilt gewesen und habe nichts mehr verlieren können.
4.4.2. Die Vorinstanz stellt fest, der Beschwerdeführer habe am 15. April 2010 zusammen mit einem Mitbeschuldigten im Transitbereich auf eine Drogenkurierin aus der Dominikanischen Republik gewartet. Diese habe sich jedoch verlaufen, den Treffpunkt nicht gefunden und sei mit 9'677 Gramm Kokain im Gepäck verhaftet worden. Die Vorinstanz stützt sich auf das später widerrufene Geständnis des Beschwerdeführers (vgl. E. 2), die Aussagen des Mitbeschuldigten in der Konfrontation mit dem Beschwerdeführer und die Ergebnisse der Telefonüberwachung (Urteil S. 26-28).
4.5. Der Beschwerdeführer legt nicht dar, inwiefern die Beweiswürdigung willkürlich sein soll (vgl. E. 1.3). Mit dem angefochtenen Entscheid setzt er sich nicht hinreichend auseinander. Soweit er lediglich die Ausführungen wiederholt, die er an der vorinstanzlichen Berufungsverhandlung vorgetragen hat, ist er nicht zu hören. Die Rügen sind unbegründet.
5.
5.1. Der Beschwerdeführer beanstandet die vorinstanzlichen Feststellungen zum Reinheitsgrad des Kokains. Die Vorinstanz gehe willkürlich von einem durchschnittlichen Reinheitsgrad von 61 % aus. Zwar dürfe von der Betäubungsmittelstatistik der Sektion Forensische Medizin der Schweizerischen Gesellschaft für Rechtsmedizin (SGRM) ausgegangen werden. Allerdings hätte die Vorinstanz vom einschlägigen statistischen Mittelwert von 66 % die Standardabweichung von 13 % berücksichtigen und demzufolge von einem Reinheitsgrad von 53 % ausgehen müssen, woraus insgesamt 9,2 kg reines Kokain und nicht 9,55 kg resultierten.
5.2. Die Vorinstanz erwägt mit Hinweis auf die Ausführungen der ersten Instanz, einzig beim Transport vom 15. April 2010 habe Kokain sichergestellt werden können, wobei der Reinheitsgrad 64 % bis 77 % betragen habe. Bei den Transporten vom 20. September und 21. November 2008 sei von Kokain mit einem Reinheitsgrad von 61 % auszugehen, was sich im Rahmen der massgebenden Betäubungsmittelstatistik der SGRM bewege. Selbst wenn man vom statistischen Mittelwert der Zahlen die Standardabweichung von 13 % berücksichtige und von einem Reinheitsgrad von 53 % ausgehe, sei die Grenze zum schweren Fall deutlich überschritten. Es sei nicht erstellt, dass der Beschwerdeführer um den Reinheitsgrad des Kokains wusste. Aufgrund des Umstands, dass ein grosser organisatorischer und finanzieller Aufwand betrieben worden sei und es sich um gerade erst importierte Ware gehandelt habe, sei in subjektiver Hinsicht davon auszugehen, dass es um Drogen mit durchschnittlicher Qualität für diese Drogenhandelsstufe ging (Urteil S. 28).
5.3. Der Beschwerdeführer legt nicht dar, inwiefern die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung willkürlich sein soll (vgl. E. 1.3). Die Vorinstanz durfte ohne Willkür von einem durchschnittlichen Reinheitsgrad von 61 % ausgehen. Im Übrigen kommt dem Reinheitsgrad, wie die Vorinstanz zutreffend ausführt (Urteil S. 28), bei der Strafzumessung innerhalb des Strafrahmens keine vorrangige Bedeutung zu (BGE 122 IV 299 E. 2c; 121 IV 202 E. 2d/cc; 118 IV 342 E. 2c).
6.
6.1. Der Beschwerdeführer beanstandet die Strafzumessung. Die Vorinstanz klassifiziere seinen Tatbeitrag als wichtig, obwohl sie ihn nur der unteren bis mittleren Hierarchiestufe zuordne. Es müsse sich strafmindernd auswirken, dass er im schwersten Fall nur Anstalten getroffen habe. Er verweist auf die in der Literatur angegebenen Strafmasse und trägt eine eigene Berechnung der Strafe vor.
6.2. Das Bundesgericht hat die Grundsätze der Strafzumessung nach Art. 47 ff. StGB wiederholt dargelegt (BGE 136 IV 55 E. 5.4 und 5.5 mit Hinweisen). Das Sachgericht verfügt auf dem Gebiet der Strafzumessung über einen Ermessensspielraum. Das Bundesgericht greift auf Beschwerde in Strafsachen hin nur ein, wenn die Vorinstanz den gesetzlichen Strafrahmen über- oder unterschritten hat, wenn sie von rechtlich nicht massgebenden Kriterien ausgegangen ist oder wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen bzw. durch Überschreitung oder Missbrauch ihres Ermessens falsch gewichtet hat (BGE 136 IV 55 E. 5.6; 135 IV 130 E. 5.3.1; 134 IV 17 E. 2.1).
6.3. Die Vorinstanz setzt sich in ihren Erwägungen zur Strafzumessung mit den wesentlichen schuldrelevanten Komponenten auseinander und würdigt diese zutreffend (Urteil S. 30-35). Dass sie sich von rechtlich nicht massgebenden Gesichtspunkten leiten lassen oder wesentliche Aspekte nicht berücksichtigt hätte, ist nicht ersichtlich. Nicht zu beanstanden ist namentlich, dass die Vorinstanz den Tatbeitrag des Beschwerdeführers im Rahmen des internationalen Drogenhandels als wichtig einstuft, obwohl seine Tätigkeit wegen fehlender Autonomie mit derjenigen eines Transporteurs vergleichbar und auf einer unteren bis mittleren Hierarchiestufe anzusiedeln ist. Dass es am 15. April 2010 beim Anstaltentreffen blieb, wertet die Vorinstanz zu Recht nur leicht strafmindernd. Nachdem der Beschwerdeführer und der Mitbeschuldigte für die Entgegennahme des Gepäckstücks bereitstanden, war der Erfolgseintritt sehr nahe. Die Übergabe scheiterte nur, weil sich die Kurierin im Flughafen verlief. Die vom Beschwerdeführer angestellte Berechnung ist nicht geeignet, die vorinstanzliche Strafzumessung als bundesrechtswidrig infrage zu stellen. Die Strafzumessung ist keiner exakten Berechnung zugänglich (BGE 136 IV 55 E. 5.6). Die in der Literatur angegebenen Strafmasse binden das Gericht nicht, sondern können von diesem als Orientierungshilfe herangezogen werden (vgl. Urteil 6S.350/2004 vom 3. Februar 2005 E. 1.2.1). Die Freiheitsstrafe von sieben Jahren hält sich im Rahmen des sachrichterlichen Ermessens.
7.
Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege ist ebenfalls abzuweisen, da die Beschwerde aussichtslos war und der Beschwerdeführer gemäss den Akten nicht bedürftig ist (Art. 64 Abs. 1 BGG). Bei diesem Ausgang des Verfahrens sind die Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 Satz 1 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.
Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3.
Die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4.
Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 28. Mai 2013
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Schneider
Die Gerichtsschreiberin: Unseld