Como han dicho otras respuestas, utilizar .replace('0', 'x')
te hará todo el trabajo, puedes implementarlo en un método para que solo sea necesario llamarlo y este te retorne lo remplazado si en dado caso quisieras cambiar la letra en otra ocación
def remplazar(cadena, viejaLetra ,nuevaLetra):
return cadena.replace(viejaLetra, nuevaLetra)
cadena = "0165031806510"
nuevaLetra = "x"
viejaLetra = "0"
print(remplazar(cadena, viejaLetra, nuevaLetra))
Y de esta forma no vas a tener que implementar a cada rato el replace, si no que solo llamas a tu método que sabes que te hace tu trabajo. Eventualmente este método que solo devuelve una cosa suelen ser poco usados, pero funcionan. También te dejo el de tu codigo modificado por facilidad
cadena = "0165031806510"
print(cadena.replace('0', 'x'))